Recorde na transmissão de informações quânticas

Recorde de entrelaçamento

Cientistas dinamarqueses bateram um recorde de preservação e transmissão de informações quânticas.

O entrelaçamento quântico, ou emaranhamento, é um fenômeno que produz uma espécie de "conexão fantasmagórica" entre duas partículas distantes - elas compartilham seus estados mesmo depois de distanciadas uma da outra.

Isto torna o fenômeno interessante para a transmissão de informações quânticas à distância, assim como para um novo tipo de criptografia essencialmente à prova de espionagem.

O problema é que o entrelaçamento é muito frágil - em um experimento típico, ele não dura mais do que uma fração de segundo.

Agora, Eugene Polzik e seus colegas da Universidade de Copenhague conseguiram preservar o entrelaçamento quântico por até uma hora.

Link óptico quântico

O entrelaçamento foi estabelecido e mantido entre os spins de duas nuvens isoladas de átomos de césio, usando os fótons de um raio laser.

Mas os átomos das nuvens de césio emitem fótons em todas as direções, de forma descontrolada, o que quebra o entrelaçamento.

"O que nós fizemos foi desenvolver uma técnica onde nós renovamos o entrelaçamento mais rapidamente do que sua tendência a desaparecer," explica Hanna Krauter, membro da equipe.

Isto essencialmente cria um link óptico quântico, permitindo a transmissão das informações de forma sustentada.

Físicos teóricos vinham sugerindo essa técnica há cerca de cinco anos, mas só agora ela foi realizada na prática, abrindo novas possibilidades para a comunicação quântica em condições reais de operação.

"Este é um passo para viabilizar as comunicações quânticas na prática - não apenas no laboratório, mas também no mundo real das redes típicas da internet," disse Polzik.

Memória quântica

Em uma dessas coincidências muito comuns na ciência, Ian Walmsley e seus colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, acabam de criar uma memória quântica para fótons que funciona a temperatura ambiente.

Esta memória quântica pode permitir o desenvolvimento de repetidores quânticos, um equipamento necessário para que as informações quânticas sejam transmitidas a longas distâncias.

Como visto, os qubits podem ser transmitidos usando fótons. Mas os fótons também se degradam ao viajar por um meio como uma fibra óptica. Por isso é necessário constantemente reforçar o seu sinal - esse é o papel do repetidor, ou hub quântico.

A memória quântica é necessária para receber o fóton "desgastado" , recuperar sua informação e reemití-lo com força total, para que ele percorra o próximo trecho até o seu destino.

O problema é que a maioria das memórias quânticas feitas até agora funciona em temperaturas criogênicas, próximas ao zero absoluto, e em condições de alto vácuo.

O grupo de Walmsley preparou uma nuvem de átomos de césio, que funciona como um qubit, aquecendo-a a uma temperatura de 62 °C - um tanto quente, mas algo bem mais fácil de se obter do que as temperaturas criogênicas normalmente usadas.

Embora a eficiência da re-emissão dos fótons seja baixa - cerca de 30% - os pesquisadores afirmam que o design do experimento é promissor e tem espaço para melhorias.

Computador quântico bate recorde de fatoração

Fatoração quântica

Cientistas chineses afirmam ter batido o recorde de computação quântica, calculando os fatores primos do número 143 - o recorde anterior era o número 21.

Os computadores atuais não são nada bons em fatoração numérica, o que tem permitido a elaboração de esquemas de segurança - a chamada criptografia - baseados justamente na dificuldade em fazer essa fatoração.

Ou seja, o eventual desenvolvimento dos computadores quânticos colocará em xeque os atuais esquemas de segurança, exigindo o desenvolvimento de técnicas igualmente quânticas de criptografia.

O número 143 parece pequeno demais para ameaçar qualquer esquema de segurança. E é de fato.

Mas o que tira um pouco o entusiasmo em relação ao feito, anunciado por Jiangfeng Du, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Heifei, é a técnica de processamento quântico utilizada.

Computação adiabática em fase líquida

A equipe usou um processo chamado computação adiabática, o mesmo usado em 2006 por Ralf Schutzhold e Gernot Schaller, da Universidade Técnica de Dresden, na Alemanha, para fator o número 21.

Ao contrário das técnicas mais pesquisadas de computação quântica, baseadas em condensados de Bose-Einstein e, mais recentemente, em dispositivos de estado sólido, incluindo semicondutores e diamante, esse processo foi adotado em um experimento que se dá em fase líquida.

Há muitas dúvidas se o processo de estado líquido pode ser ampliado para números grandes o suficiente para que a técnica tenha algum efeito prático.

Os qubits dessa "piscina quântica" são os spins de núcleos de hidrogênio em moléculas de um cristal líquido (1-bromo-2-clorobenzeno).

Cada spin é um pequeno magneto, que pode ser manipulado usando disparos de ondas de rádio, em uma técnica similar à ressonância magnética.

Processamento coletivo

Em vez dos componentes individuais, tanto dos computadores clássicos, quanto das técnicas mais comuns de computadores quânticos, na computação adiabática a piscina de qubits é controlada para que responda às entradas do processamento de forma coletiva.

A piscina quântica está sempre buscando o nível mais baixo de energia. O truque é ajustar o sistema para que seu estado de mais baixa energia dê a resposta.

É mais ou menos como mexer com uma bola, fazendo-a correr sobre um pano esticado, para que ela atinja a posição correta - somente o algoritmo quântico correto permite que uma piscina quântica resolva um determinado problema.

O inconveniente também é óbvio: cada problema exigirá um "hardware" diferente.

A forma de cálculo mais utilizada nos experimentos com processadores quânticos é o chamado algoritmo de Shor.