As redes quânticas são frequentemente descritas como o futuro da internet — mas, em vez de transmitir informações clássicas em bits, elas enviam informações quânticas transportadas por fótons. Essas redes podem possibilitar comunicações ultra-seguras, conectar computadores quânticos distantes em uma única máquina muito mais poderosa e criar sistemas de sensoriamento de precisão que podem medir tempo ou condições ambientais com uma precisão sem precedentes.
Para tornar uma rede assim possível, são necessários chamados nós de rede quântica — que podem armazenar informações quânticas e compartilhá-las por meio de partículas de luz. Em seu trabalho mais recente, a equipe de Innsbruck, liderada por Ben Lanyon no Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck, demonstrou um desses nós utilizando uma sequência de dez íons de cálcio em um protótipo de computador quântico. Ajustando cuidadosamente campos elétricos, os íons foram movidos um a um para um cavidade óptica. Lá, um pulso de laser finamente ajustado acionou a emissão de um único fóton cuja polarização estava emaranhada com o estado do íon.
O processo criou um fluxo de fótons; cada um vinculado a um qubit-íon diferente no registro. No futuro, os fótons poderiam viajar para nós distantes e ser usados para estabelecer emaranhamento entre dispositivos quânticos separados. Os pesquisadores alcançaram uma fidelidade de emaranhamento íon-fóton de 92 por cento, um nível de precisão que demonstra a robustez do seu método.
“Uma das principais forças dessa técnica é sua escalabilidade”, diz Ben Lanyon. “Enquanto experimentos anteriores conseguiram conectar apenas dois ou três qubits-íons a fótons individuais, a configuração de Innsbruck pode ser expandida para registros muito maiores, potencialmente contendo centenas de íons e mais.” Isso abre caminho para a conexão de processadores quânticos inteiros entre laboratórios ou até continentes.
“Nosso método é um passo em direção à construção de redes quânticas maiores e mais complexas”, diz Marco Canteri, o primeiro autor do estudo. “Isso nos aproxima de aplicações práticas, como comunicação quântica segura, computação quântica distribuída e sensoriamento quântico distribuído em larga escala.”
Além do networking, a tecnologia também poderia avançar os relógios atômicos ópticos, que mantêm o tempo com tal precisão que perderiam menos de um segundo ao longo da idade do universo. Esses relógios poderiam ser conectados via redes quânticas para formar um sistema de cronometragem mundial de precisão incomparável.
O trabalho, agora publicado na Physical Review Letters, foi financeiramente apoiado pelo Fundo Austríaco de Ciência FWF e pela União Europeia, entre outros, e demonstra não apenas um marco técnico, mas também um bloco de construção essencial para a próxima geração de tecnologias quânticas.
