Um grupo de pesquisadores de instituições científicas da Alemanha conseguiu desenvolver um método inovador para gerar e detectar fotons com frequências de comunicação estáveis usando nanoestruturas de diamante.
Esse avanço é um passo crucial para a criação da internet quântica, segundo a Universidade Humboldt de Berlim.
O diamante é um material amplamente conhecido pela joalheria e pelos abrasivos industriais, mas agora pode se tornar base para a próxima geração computacional e de comunicação quântica.
Em um novo estudo, publicado recentemente na revista Physical Review X, os cientistas demonstraram que os centros de defeitos sensíveis à luz em escala atômica no diamante podem atuar como excelentes bits quânticos, além de emitir partículas de luz chamadas fotons. Esses bits quânticos podem ser usados como nós em possíveis redes quânticas, permitindo a transmissão de dados a longa distância com taxas de comunicação factíveis.
União de metodologias
Os centros de defeitos a escala atômica sensíveis à luz no diamante podem atuar como excelentes bits quânticos (qubits), além de emitir partículas de luz chamadas de fótons. Esses qubits podem ser usados como nós em possíveis redes quânticas, permitindo a transmissão de dados a longa distância, com taxas de comunicação factíveis.
Os cientistas combinaram os qubits em nanoestruturas otimizadas de diamante, que foram desenvolvidas ao combinar métodos nanofabricação de materiais com protocolos de controle experimental. Isso permitiu transferir os fótons, emitidos a uma frequência estável pelos centros de defeitos vacantes de nitrogênio, de forma dirigida para as fibras de vidro.
Além disso, comprovou-se que essa nova metodologia pode aumentar em 1.000 vezes as taxas de comunicação entre sistemas quânticos espacialmente separados.
No entanto, ao fabricar as nanoestruturas, os pesquisadores observaram que havia um dano a nível atômico na superfície do diamante, ocasionado pela aparência de ruído devido aos elétrons livres no entorno. Esse ruído eletrônico provocou flutuações na frequência dos fótons, impedindo que se leve a cabo o entrelaçamento.
“Desenvolvemos estratégias para reduzir significativamente o ruído eletrônico escolhendo cuidadosamente as propriedades do material, as receitas de fabricação e os esquemas de controle experimental”, garantem os especialistas.
A cientista Laura Orphal-Kobin destacou que “os processos físicos exatos” para proteger a fonte de luz quântica do ruído eletrônico na superfície da nanoestrutura “devem ser estudados com mais detalhes no futuro”.
O futuro da comunicação quântica
A comunicação quântica é vista como uma das tecnologias mais promissoras do futuro, com a promessa de transmitir informações de forma totalmente segura e inviolável. A internet quântica é uma rede que funciona a partir de bits quânticos, que não são afetados pelas interferências eletromagnéticas, o que garante uma segurança superior às redes tradicionais.
No entanto, para que essa tecnologia avance, é necessário superar muitos desafios técnicos. Além disso, a criação de uma rede quântica requer que os bits quânticos sejam emaranhados, um processo que é difícil de realizar em escala.
Com o avanço obtido pelos cientistas alemães, porém, é possível vislumbrar um futuro em que a internet quântica se torne uma realidade. Além disso, essa nova metodologia de geração e detecção de fótons pode ter aplicações em outras áreas da física quântica e da computação, como na criação de circuitos quânticos e na criptografia quântica.
O estudo foi realizado por pesquisadores da Universidade Humboldt de Berlim, da Universidade Técnica de Munique e do Instituto Max Planck de Ótica Quântica.
