Avanço: Cientistas acabam de teletransportar uma imagem através de 100 canais quânticos simultaneamente
O teletransporte quântico está prestes a mudar o mundo.
Parece ficção científica — a ideia de que o estado quântico de um sistema pode ser transferido, ou "teletransportado", para outro sistema a uma grande distância, a uma velocidade próxima à da luz.
É real e foi comprovado — em escalas relativamente pequenas. Mas, se os computadores quânticos um dia se comunicarem através de grandes redes, precisarão de uma maneira de enviar uma grande quantidade de informação quântica de uma só vez — o que significa ampliar a escala do processo.
Um novo avanço representa o próximo passo na jornada da largura de banda quântica: uma equipe de físicos liderada por Jietai Jing, da Universidade Normal da China Oriental, realizou o teletransporte quântico através de 100 canais simultâneos, demonstrado pelo teletransporte bem-sucedido da informação quântica codificada em uma imagem de 100 pixels.
"Até onde sabemos, este é, de fato, o maior número de canais de teletransporte quântico endereçáveis de forma independente já demonstrado simultaneamente", disse Jing à ScienceAlert.
"Em princípio, essa arquitetura poderia fornecer uma interface flexível e de alta capacidade para futuras redes de comunicação quântica."
O teletransporte quântico foi proposto pela primeira vez em 1993 e demonstrado experimentalmente apenas alguns anos depois.
Apesar do nome, ele não envolve matéria desaparecendo de um local e reaparecendo em outro. Em vez disso, o teletransporte quântico transfere o estado quântico de um sistema para outro usando um estado emaranhado compartilhado e comunicação clássica.
Desde esses primeiros experimentos, cientistas teletransportaram estados quânticos usando fótons, átomos e qubits de estado sólido, e através de distâncias superiores a 100 quilômetros — inclusive da Terra para um satélite.
Mas a distância é apenas uma das formas pelas quais o teletransporte quântico precisa escalar. A capacidade é outra.
A maioria dos experimentos de teletransporte quântico envolveu um único canal ou um número relativamente pequeno de canais multiplexados. Uma rede quântica em larga escala, no entanto, precisaria lidar com muitos estados quânticos em paralelo. Isso é difícil de realizar porque cada canal adicional requer um recurso emaranhado correspondente, ajustado com precisão à informação quântica que está sendo teletransportada.
Abordagens convencionais também podem exigir detecção, processamento eletrônico e modulação separados para cada canal. Quanto mais canais são adicionados, mais complexo se torna o equipamento.
Jing e seus colegas abordaram o problema organizando 100 modos de luz espacialmente separados em uma grade de 10 por 10. Cada modo podia ser controlado de forma independente, proporcionando aos pesquisadores, na prática, 100 canais distintos de teletransporte quântico.
Cientistas acabaram de teletransportar uma imagem através de 100 canais quânticos simultaneamente
Um esquema da abordagem da equipe para o teletransporte quântico em paralelo. Uma matriz de 10 × 10 de modos ópticos espaciais é combinada com uma matriz correspondente de luz emaranhada. (Lou et al., Phys. Rev. Lett., 2026)
Em seguida, eles criaram uma grade correspondente de luz emaranhada e desenvolveram um sistema totalmente óptico capaz de processar todos os 100 canais em paralelo, em vez de exigir um sistema eletrônico de *feedforward* separado para cada um deles.
"Ao superar esses dois desafios, implementamos o teletransporte quântico de 100 modos espaciais com fidelidades que superam os limites clássicos correspondentes", disse Jing.
O passo seguinte foi colocar o sistema à prova, e é aí que entra a "imagem" — embora ela não deva ser entendida como uma fotografia que desaparece de um local e reaparece em outro, explicou Jing.
"Em nosso experimento, a imagem é codificada em uma matriz de 10 × 10 de modos ópticos espaciais. Cada modo pode ser considerado um pixel", disse ele. "Mais precisamente, a informação transferida por teletransporte quântico é o estado quântico de variáveis contínuas do campo óptico em cada modo espacial, caracterizado por suas quadraturas de amplitude e fase.
"O padrão de intensidade formado por todos esses modos representava, em conjunto, a letra 'Q'."
Em outras palavras, cada um dos 100 modos de luz funcionava mais ou menos como um pixel, carregando parte da informação necessária para formar o Q. A equipe teletransportou o estado quântico codificado em cada modo em paralelo e reconstruiu o padrão na extremidade receptora.
Cientistas acabam de teletransportar uma imagem através de 100 canais quânticos simultaneamente
Teletransporte quântico da letra "Q". As fidelidades de teletransporte (a) superaram os limites clássicos correspondentes (b), enquanto os padrões de entrada e de saída reconstruídos são mostrados à direita (c). (Lou et al., Phys. Rev. Lett., 2026)
Mas reproduzir o Q não foi a única evidência de que o teletransporte quântico havia ocorrido.
Os pesquisadores também mediram o grau de correspondência entre os estados quânticos na extremidade receptora e os estados na entrada. Isso é medido utilizando uma grandeza conhecida como fidelidade, que varia de 0 a 1, com..."...valores mais altos indicando uma correspondência mais próxima.
Em toda a imagem, os pesquisadores alcançaram uma fidelidade média de 0,60. Isso pode não parecer particularmente impressionante — até que se compare com o limite clássico correspondente: a fidelidade média de 0,52 possível sem a ajuda do emaranhamento quântico.
A fidelidade do teletransporte quântico superou o limite clássico em todos os 100 modos espaciais, demonstraram os pesquisadores.
É uma descoberta que sugere que o teletransporte quântico não precisa se tornar excessivamente complexo ou trabalhoso à medida que mais canais são adicionados.
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"Em vez de implementar um sistema de teletransporte separado para cada canal, nossa arquitetura permite a operação em paralelo em toda a matriz de modos ópticos espaciais", disse Jing.
"À medida que a capacidade e a complexidade das redes quânticas crescem, essa distinção pode se tornar cada vez mais importante."
Em última análise, a abordagem poderia oferecer às redes quânticas algo de que elas precisam muito: largura de banda, permitindo que diferentes informações quânticas trafeguem por múltiplos canais em paralelo.
Relacionado: Teletransporte quântico realizado pela internet pela primeira vez
Por enquanto, no entanto, o sistema tem margem para crescer....valores mais altos indicando uma correspondência mais próxima.
Em toda a imagem, os pesquisadores alcançaram uma fidelidade média de 0,60. Isso pode não parecer particularmente impressionante — até que se compare com o limite clássico correspondente: a fidelidade média de 0,52 possível sem a ajuda do emaranhamento quântico.
A fidelidade do teletransporte quântico superou o limite clássico em todos os 100 modos espaciais, demonstraram os pesquisadores.
É uma descoberta que sugere que o teletransporte quântico não precisa se tornar excessivamente complexo ou trabalhoso à medida que mais canais são adicionados.
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"Em vez de implementar um sistema de teletransporte separado para cada canal, nossa arquitetura permite a operação em paralelo em toda a matriz de modos ópticos espaciais", disse Jing.
"À medida que a capacidade e a complexidade das redes quânticas crescem, essa distinção pode se tornar cada vez mais importante."
Em última análise, a abordagem poderia oferecer às redes quânticas algo de que elas precisam muito: largura de banda, permitindo que diferentes informações quânticas trafeguem por múltiplos canais em paralelo.
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Por enquanto, no entanto, o sistema tem margem para crescer.