O entrelaçamento ou emaranhamento quântico é algo tão bizarro que Albert Einstein inicialmente chamou a ideia de “ação assustadora à distância”, ou “ação fantasmagórica à distância”.
Agora, não só já provamos que o fenômeno é real, como estamos muito perto de torná-lo prático, com aplicações muito interessantes em computação e criptografia.
Pesquisadores do Centro de Dinâmica Quântica da Universidade Griffith, na Austrália, demonstraram como testar rigorosamente se pares de fótons exibem a ação assustadora à distância, mesmo em condições adversas.
A verificação desse efeito, mesmo quando muitos dos fótons são perdidos por absorção ou dispersão à medida que viajam através de um canal de fibra óptica, é essencial para o desenvolvimento de redes globais de informação de máxima segurança.
A teoria e sua aplicação
O entrelaçamento quântico é importante em redes de transmissão de informações, às quais potentes computadores quânticos podem ser vinculados.
Fótons podem ser usados para formar uma ligação quântica entre dois locais. Quando um par de fótons é “entrelaçado”, a medição de um deles determina as propriedades do seu gêmeo ao longo de um canal de comunicação.
Para transmitir com segurança uma informação, no entanto, essa ligação quântica precisa passar por um teste exigente que confirma a presença da “ação à distância” entre as partículas em qualquer extremidade.
“Falhar no teste significa que um espião pode estar infiltrando a rede”, explica um dos autores do estudo, Geoff Pryde.
O obstáculo
À medida que o comprimento do canal quântico cresce, cada vez menos fótons passam com sucesso através da ligação, porque nenhum material é perfeitamente transparente, e sempre há algum nível de absorção e dispersão.
Este é um problema para técnicas de verificação existentes. Cada fóton perdido torna mais fácil para um espião infiltrar a mensagem, imitando o entrelaçamento quântico.
Desenvolver um método para testar esse emaranhamento mesmo com a perda de fótons tem sido um desafio para a comunidade científica.
A nova equipe contornou a dificuldade usando teletransporte quântico. Os pesquisadores selecionaram os poucos fótons que sobreviveram à passagem pelo canal e teletransportaram as partículas “sortudas” para outro canal quântico, limpo e eficiente.
“Lá, um teste de verificação chamado de direção quântica pode ser feito sem qualquer problema”, explicou a principal autora do estudo, Dra. Morgan Weston.
Técnica
O esquema da equipe registra um sinal adicional que permite que os cientistas saibam se os fótons passaram através do canal de transmissão.
Logo, os falhados podem ser excluídos, permitindo que a comunicação seja implementada com segurança mesmo na presença de alta perda.
Parece simples, mas não é – o teletransporte exige pares de fótons adicionais de alta qualidade. Estes pares devem ser gerados e detectados com uma eficiência extremamente alta, a fim de compensar a linha de transmissão com perdas.
O avanço somente foi possível graças à incrível tecnologia de detecção de fótons codesenvolvida com o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA.
No futuro
Embora o experimento tenha sido realizado em laboratório, os pesquisadores testaram canais com perda de fótons equivalentes a cerca de 80 km de fibra óptica de telecomunicações.
O próximo passo é colocar o método à prova em condições reais, em redes quânticas sendo atualmente desenvolvidas pelo Centro de Pesquisa Australiano para Excelência da Computação Quântica e Tecnologia da Comunicação.
Um artigo detalhando o estudo foi publicado na revista Science Advances. [ScienceDaily]
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