Cientistas teletransportam padrões complexos de luz

Envolver as mensagens nas estranhas significações quânticas é uma ótima maneira de evitar a espionagem furtiva, mas a linguagem, na forma atual, está mais para o código Morse do que para uma banda larga ADSL de alta velocidade.

Isso poderia mudar com um avanço radical na tecnologia quântica, que copia padrões de luz emaranhados, para ajudar a transmitir códigos quânticos. Assim abrir-se-ia um potencial caminho para garantir a troca de informações com um número infinito de canais, para enviar transmissões criptografadas.

Uma equipa de cientistas escoceses e sul-africanos forneceu a primeira demonstração experimental de algo chamado “troca de emaranhamento“, o que lhes permitiu transmitir o momento angular orbital (OAM) de fotões de luz até mais longe do que antes.

Dados quânticos podem, agora, ser retransmitidos através de uma série de fotões, reduzindo o risco de perda de conteúdo e permitindo que eles usem melhor os padrões espaciais da luz para transportar mais dados.

Durante a maior parte do último século, aceitamos – ou quase – que só podemos descrever as propriedades de uma partícula no contexto do sistema que a mede. Se uma partícula não colide com coisas que nos permitam dar a essas propriedades um número, ela continua a existir num estado desfocado de probabilidades infinitas.

Aqui está a parte estranha: se essa partícula interage com outra de alguma forma antes de ser medida, pode-se afirmar que a outra partícula também faz parte desse sistema de medição. Dizemos, por isso, que ambas estão emaranhadas.

Medir as propriedades da primeira partícula é o que a faz sair de um “talvez” para uma certeza. Essa medição também transformou oparceiro emaranhado de um “talvez” para uma certeza exatamente ao mesmo tempo.

Einstein deduziu que faltava algo nessa teoria, descartando-a e chamando-a de “fantasmagórica” em várias ocasiões, mas aqui estamos, depois de quase um século, e isso ainda é um mistério.

No entanto, podemos usar esse estranho processo de emaranhamento para elaborar códigos super complexos que não podem ser interceptados, proporcionando uma segurança extremamente poderosa.

Imagine duas sequências de “talvez” emaranhados (chamadas qubits) em transmissão rumo a dois pontos distintos.

Cada receptor pode informar se a sua própria mensagem sofreu interferência, ao decifrar as propriedades da transmissão e verificando com a outra pessoa se o conteúdo corresponde ao que foi enviado.

Se o resultado não bater certo, alguém trocou os fotões por uma falsificação.
Mas há um problema com tudo isso: transmitir uma sequência de qubits a uma certa distância coloca-os sob o risco de se perderem.

A comunicação quântica tem sido notícia ultimamente com relatos recentes de fotões emaranhados a serem enviados do espaço por meio de um raio laser dividido, capaz de cobrir uma distância de 1.200 quilómetros.

Essa foi uma façanha bastante extrema, mas ainda é uma distância absurdamente curta quando se consideram as redes globais. A transmissão também exigia uma linha de visão direta.

Este novo método envolve, basicamente, um amplificador que pode ser configurado em intervalos regulares, permitindo que as partículas emaranhadas transmitam os estados quânticos. A chave, para isso, é o fenómeno de troca de emaranhamento.

Imagine dois pares de fotões emaranhados – A1 e A2, e B1 e B2. Medir um deles a partir de cada par em conjunto, como A1 e B1, enreda-os no mesmo sistema, num fenómeno conhecido como medição de estado de Bell.

O que isso significa é que A2 e B2 se tornam, em virtude dos anteriores parceiros, agora também enredados, mesmo que nunca tenham entrado em contacto antes.

Esse é o momento de troca do emaranhamento e pode ser a base de um repetidor que permita que as mensagens quânticas de curta distância sejam copiadas rumo a outros destinos, sem serem consideradas como espiãs.

Os estados quânticos geralmente são binários, tornando-o um pouco mais efetivos do que um código Morse, criptografado entre pontos e traços.

Isso não é o fim do mundo, mas se aprendemos algo com a história da Tecnologia da Informação, é que não existe uma grande quantidade de bandwidth, ou largura de banda.

É aí que entra o momento angular orbital, uma espécie de torção de um fotão, não muito diferente da polarização. Em vez de criar mensagens com binários e zeros, ou pontos e traços, o OAM pode ser usado para transportar mais informações por partícula.

Isso não é algo novo por si só, mas anteriormente, o envio de informações codificadas, como este tipo de modo espacial, exigia um grande número de fotões para cobrir a distância.

A troca de emaranhamento significa que esses fotões podem ser enviados sob a repetição de distâncias curtas. Além disso, outros tipos de modos espaciais podem ser potencialmente usados ​​para transportar informações, abrindo caminho para um número praticamente infinito de novos canais.

A mecânica quântica pode ser estranha o suficiente para deixar Einstein com dor de cabeça, mas é melhor habituar-se a isso: o futuro começa a ser cada vez mais fantasmagórico.

Esta pesquisa foi publicada na Nature Communications.

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