Pela primeira vez, cientistas confirmam teletransporte quântico entre fotões.

A equipa de físicos da Universidade de Estugarda, na Alemanha, realizou uma experiência decisiva que aproxima a internet quântica de um cenário prático: pela primeira vez, conseguiu teletransportar um estado quântico entre fotões gerados por duas fontes de luz independentes.

Este marco abre caminho para que engenheiros façam “saltar” informação quântica ao longo de grandes distâncias através de estações repetidoras compostas por pontos quânticos, reduzindo perdas e evitando perturbações no sinal.

Porque é tão difícil enviar informação quântica a longas distâncias

Sempre que um sinal percorre um trajeto extenso, aumenta a probabilidade de se degradar e de perder componentes essenciais da informação. Na internet de banda larga convencional, os sinais luminosos que transportam dados podem ser reforçados com amplificadores ao longo do cabo. Já no caso da informação quântica, esse reforço não é directo: para “impulsionar” estados quânticos sem os destruir, são necessárias fontes de luz capazes de produzir fotões praticamente idênticos.

O problema é que, quando os fotões não têm exactamente as mesmas características, torna-se muito mais difícil transferir com fiabilidade um estado quântico entre partículas geradas em locais distintos.

Pontos quânticos: semicondutores que tornam os fotões indistinguíveis

A solução apontada por esta linha de investigação passa por semicondutores especiais que emitem fotões com um grau de controlo muito elevado. Esses dispositivos, conhecidos como pontos quânticos, conseguem produzir ondas de luz em frequências extraordinariamente precisas, tornando os fotões provenientes de pontos diferentes praticamente impossíveis de distinguir entre si.

Em termos práticos, os pontos quânticos restringem as variações que normalmente surgem entre fontes distintas, criando as condições necessárias para que a transferência de estados quânticos entre locais separados seja viável.

Teletransporte quântico entre fotões de dois pontos quânticos da Universidade de Estugarda

Os investigadores demonstraram agora o teletransporte quântico de informação entre fotões emitidos por dois pontos quânticos separados. O resultado serve como prova de que esta abordagem pode, de facto, funcionar como uma forma de manter dados quânticos protegidos e íntegros ao longo de redes.

“Pela primeira vez no mundo, conseguimos transferir informação quântica entre fotões originados em dois pontos quânticos diferentes”, afirma o físico Peter Michler, da Universidade de Estugarda.

Apesar de a palavra “teletransporte” ser a que os físicos quânticos usam para descrever este tipo de experiência, o que é realmente transferido é um estado quântico - não há fotões a desaparecer num local e a materializar-se noutro.

Para que um estado quântico seja transferido entre um par de fotões, as duas partículas têm de estar numa forma quântica “difusa”. Além disso, é crucial que sejam, de resto, indistinguíveis.

Estas condições são relativamente fáceis de obter quando os fotões partilham a mesma origem. No entanto, quando provêm de fontes diferentes, existe o risco de serem produzidos com características subtilmente distintas - precisamente o obstáculo que os pontos quânticos ajudam a contornar.

Compatibilidade com infraestrutura actual de fibra óptica

Um aspecto adicional relevante é que as experiências foram feitas com um cabo de fibra óptica igual aos usados hoje nas redes em linha. Esta compatibilidade com a infraestrutura existente tende a ser decisiva para colocar a internet quântica a funcionar fora do laboratório.

“Transferir informação quântica entre fotões de pontos quânticos diferentes é um passo crucial para ligar distâncias maiores”, sublinha Michler.

Ainda se está a determinar até que ponto a futura internet quântica poderá apoiar-se na tecnologia actual, mas é claro que a camada quântica será determinante para garantir segurança e integridade - desde que seja possível fazê-la operar ao longo de distâncias suficientemente grandes. Na configuração do presente estudo, foi usada uma fibra óptica com cerca de 10 metros de comprimento.

Próximos desafios: distância e taxa de sucesso

Há ainda muito trabalho pela frente. A equipa pretende aumentar a distância em que o processo funciona e, em paralelo, melhorar a taxa de sucesso do teletransporte, que por agora se situa em pouco mais de 70%.

Um ponto frequentemente associado a este tipo de arquitectura é o papel dos repetidores quânticos: em vez de amplificar o sinal como na internet clássica, a ideia é retransmitir estados quânticos por etapas, mantendo a fidelidade do estado ao longo do percurso. Para isso, é essencial que as fontes - como os pontos quânticos - forneçam fotões consistentes e sincronizáveis.

Outro aspecto complementar é a integração destes emissores em sistemas de comunicação reais, onde interferências ambientais e variações térmicas podem afectar a estabilidade das emissões. Melhorias na engenharia dos dispositivos e no controlo das condições de operação poderão aumentar a robustez necessária para redes quânticas em escala.

“Estes resultados demonstram a maturidade da tecnologia baseada em pontos quânticos, evidenciando um bloco de construção importante para a futura comunicação quântica”, concluem os investigadores.

A investigação foi publicada na revista Comunicações da Natureza.