O emaranhamento desempenha um papel crucial na ciência da informação quântica. Ele pode ser usado em um computador quântico que pode realizar várias operações matemáticas simultaneamente. Para usar um computador quântico com eficiência, muitas partículas emaranhadas devem trabalhar juntas. Eles são os elementos essenciais para os cálculos, os chamados qubits.
Uma equipe de físicos do Instituto Max Planck da Óptica Quântica em Garching agora, pela primeira vez, demonstrou essa tarefa com fótons emitidos por um único átomo. Eles poderiam gerar até 14 fótons emaranhados em um ressonador óptico, que pode ser preparado em estados físicos quânticos específicos de maneira direcionada e muito eficiente. O novo método pode permitir a construção de computadores quânticos poderosos e robustos e servir a transmissão segura de dados no futuro.
Esta é a primeira vez que a equipe gerou até 14 fótons emaranhados de forma definida e com alta eficiência.
Philip Thomas, estudante de doutorado no Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) em Garching, perto de Munique, disse: “O truque para este experimento foi que usamos um único átomo para emitir os fótons e entrelaçá-los de uma maneira muito específica. Para fazer isso, colocamos um átomo de rubídio no centro de uma cavidade óptica – uma câmara de eco para ondas eletromagnéticas. O estado do átomo pode ser abordado com precisão com luz laser de uma certa frequência. Usando um pulso de controle adicional, os pesquisadores também acionaram especificamente a emissão de um fóton emaranhado com o estado quântico do átomo”.
“Repetimos esse processo várias vezes e de forma previamente determinada. No meio, o átomo foi manipulado de uma certa maneira – no jargão técnico: girado. Dessa forma, foi possível criar uma cadeia de até 14 partículas de luz emaranhadas pelas rotações atômicas e trazidas ao estado desejado.”
“Até onde sabemos, as 14 partículas de luz interconectadas são o maior número de fótons emaranhados gerados em laboratório até agora.”
“Como a cadeia de fótons emergiu de um único átomo, ela pode ser produzida deterministicamente. Isso significa: que, em princípio, cada pulso de controle entrega um fóton com as propriedades desejadas. Até agora, o emaranhamento de fótons geralmente acontecia em cristais especiais não lineares. A desvantagem: as partículas de luz são criadas aleatoriamente e de uma forma que não pode ser controlada. Isso também limita o número de partículas agrupadas em um estado coletivo.”
O método que os cientistas usaram permite que qualquer número de fótons emaranhados seja gerado. Também é eficiente: Comprovamos a eficiência de quase 50% medindo a cadeia de fótons produzida.
Thomas dito, “Isso significa: quase a cada segundo 'pressionar um botão' no átomo de rubídio forneceu uma partícula de luz utilizável – muito mais do que foi alcançado em experimentos anteriores.”
O diretor Gerhard Rempe disse: “Em suma, nosso trabalho remove um obstáculo de longa data no caminho para a escalável e baseada em medição Computação quântica. "
Os pesquisadores do MPQ querem se livrar de mais um obstáculo. Por exemplo, dois átomos seriam necessários como fontes de fótons no ressonador para operações complexas de computador. Existe um estado de cluster bidimensional, de acordo com os físicos quânticos.
Felipe Thomas disse: “Já estamos trabalhando para resolver essa tarefa.”
Jornal de referência:
- Thomas, P., Ruscio, L., Morin, O. et ai. Geração eficiente de estados de gráficos multifótons emaranhados a partir de um único átomo. Natureza 608, 677-681 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04987-5
