Teletransporte quântico quase perfeito demonstrado em experimento inovador - 3 DE MAIO DE 2024
Teletransporte quântico quase perfeito demonstrado em experimento inovador
TURKU, Finlândia – Teletransporte-me, Scotty! Num estudo que parece saído directamente de um episódio de “Star Trek”, uma equipa internacional de investigadores conseguiu um feito notável no domínio do teletransporte quântico . Eles conduziram com sucesso o teletransporte quântico quase perfeito, apesar da presença de ruído que normalmente interrompe a transferência de estados quânticos.
O teletransporte quântico é um processo no qual o estado de uma partícula quântica, ou qubit, é transferido de um local para outro sem enviar fisicamente a própria partícula. Esta transferência requer recursos quânticos, como o emaranhamento entre um par adicional de qubits.
Imagine que você tem uma mensagem secreta escrita em um pedaço de papel. Você deseja enviar esta mensagem para alguém distante sem que ninguém veja. No teletransporte quântico, em vez de enviar fisicamente o papel, você faria uma cópia exata da mensagem em outro local enquanto a mensagem original seria destruída. Isso requer alguns recursos especiais, como o emaranhamento, que é como uma conexão misteriosa entre dois qubits.
Num cenário ideal, o teletransporte do estado qubit pode ser feito sem falhas. No entanto, no mundo real, sempre há ruídos e perturbações, assim como a interferência pode atrapalhar uma chamada telefônica ou um sinal de rádio. Este ruído pode reduzir significativamente a qualidade do processo de teletransporte.
No novo estudo, publicado na revista Science Advances , cientistas da Universidade de Turku, na Finlândia, e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China desenvolveram um novo método de teletransporte quântico que supera esse ruído e atinge uma alta taxa de sucesso. A chave para seu sucesso é o uso do emaranhamento híbrido multipartido, que é como emaranhar os qubits com seus ambientes locais de forma controlada.
“O trabalho é baseado na ideia de distribuir o emaranhamento – antes da execução do protocolo de teletransporte – além dos qubits usados, ou seja, explorar o emaranhado híbrido entre diferentes graus físicos de liberdade”, diz o autor do estudo Jyrki Piilo, professor da Universidade de Turku, num comunicado de imprensa.
Pense assim: imagine que você tem uma mensagem secreta escrita em um pedaço de papel e também algumas informações adicionais escritas em um pedaço de papel separado. Ao combinar cuidadosamente essas duas informações, você pode criar uma maneira nova e mais robusta de enviar a mensagem secreta, menos afetada por interferências externas ou ruídos.
Em seu experimento, os pesquisadores usaram fótons (partículas de luz) para codificar os qubits, com a polarização dos fótons representando os estados quânticos e suas frequências atuando como ambientes locais. Eles projetaram cuidadosamente as correlações iniciais entre a polarização e a frequência dos fótons para criar esse estado emaranhado híbrido multipartido.
O processo funciona da seguinte forma: o emissor submete seu fóton a uma defasagem controlada, o que anula as correlações iniciais. Eles então realizam uma medição conjunta de sua parte do par emaranhado e do qubit a ser teletransportado. Essa medição não apenas emaranha os qubits do remetente, mas também transforma remotamente o emaranhamento híbrido em emaranhamento local de ambiente qubit no lado do receptor. Finalmente, o receptor aplica uma operação específica baseada no resultado da medição do remetente e submete seu fóton à defasagem, o que converte notavelmente o emaranhamento do ambiente qubit no estado quântico desejado.
A equipe demonstrou seu protocolo usando uma configuração totalmente óptica e teletransportou com sucesso vários estados quânticos com fidelidades consistentemente superiores ao limite clássico, mesmo na presença de decoerência – o ruído e a interferência em estados quânticos. Notavelmente, o seu protocolo não exige que os qubits emaranhados violem as desigualdades de Bell, uma medida padrão de correlações não locais, durante a medição conjunta. Este é um afastamento significativo da sabedoria convencional, que afirma que fortes correlações não locais são necessárias para um teletransporte quântico bem-sucedido .
“Embora tenhamos feito vários experimentos em diferentes facetas da física quântica com fótons em nosso laboratório, foi muito emocionante e gratificante ver esse experimento de teletransporte muito desafiador concluído com sucesso”, disse o autor do estudo, Dr. Zhao-Di Liu, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.
As implicações deste trabalho vão além do teletransporte quântico. A capacidade de aproveitar o emaranhado híbrido multipartido e transformá-lo em correlações quânticas úteis abre novas possibilidades para o processamento e comunicação de informações quânticas . Por exemplo, os pesquisadores sugerem que sua técnica poderia ser usada para transferir qualquer estado multi-qubit através de ambientes defasados, superando potencialmente as limitações de subespaços livres de decoerência.
Embora o estudo atual seja uma demonstração de prova de conceito, ele estabelece as bases para pesquisas futuras sobre o papel do emaranhamento híbrido no combate à decoerência. O trabalho da equipe também destaca a importância da preparação do estado nas tecnologias quânticas e lança uma nova luz sobre o conceito de reciclagem do emaranhamento.
À medida que as tecnologias quânticas continuam a avançar, a capacidade de superar a decoerência e preservar a natureza delicada dos estados quânticos torna-se cada vez mais crucial. Este estudo inovador oferece uma nova abordagem promissora para atingir esse objetivo, abrindo caminho para sistemas de comunicação e computação quântica mais robustos e eficientes. Com mais investigação e desenvolvimento, o poder do emaranhamento híbrido multipartido pode ajudar a desbloquear todo o potencial das tecnologias quânticas e aproximar-nos de um futuro quântico.
Matt Higgins, do StudyFinds, contribuiu para este relatório.