Transcript
Teletransporte quântico entre átomos é demonstrado pela primeira vez
Agência Fapesp
26/01/2009
" "
"Cientistas conseguem pela "
"primeira vez teletransportar"
"informação entre dois átomos"
"isolados em compartimentos a"
"1 metro de "
"distância.[Imagem: Olmschenc"
"k et al.] "
" "
Pela primeira vez, cientistas conseguiram teletransportar informação entre
dois átomos isolados em compartimentos e distantes 1 metro um do outro.
Trata-se de uma conquista importante na busca por um computador quântico.
Teletransporte de informações
O teletransporte de informação não deve ser confundido com o de pessoas,
visto em filmes de ficção como a série Jornada nas Estrelas. Mas nem por
isso deixa de ser algo inusitado, talvez a mais misteriosa forma de
transporte possível na natureza.
No teletransporte quântico, a informação (como o spin de uma partícula ou a
polarização de um fóton) é transferida de um local a outro sem que ocorra o
deslocamento por um meio físico. Não há transferência de energia nem de
matéria.
Teletransporte entre átomos
Estudos anteriores conseguiram realizar o teletransporte entre fótons por
longas distâncias, entre fótons e grupos de átomos e entre dois átomos
próximos por meio da ação de um intermediário. Mas nenhum desses casos
ofereceu uma maneira viável de manter e controlar a informação quântica por
longas distâncias.
Agora, o grupo do Joint Quantum Institute, das universidades de Maryland e
Michigan, nos Estados Unidos, obteve sucesso no teletransporte de um estado
quântico diretamente de um átomo para outro por uma distância expressiva
para esse tipo de estudo.
Na edição da última sexta-feira (23/1) da revista Science, os pesquisadores
descrevem um teletransporte com 90% de eficiência na recuperação da
informação original.
Computador quântico
"O sistema tem o potencial para formar a base de um 'repetidor quântico' em
grande escala capaz de funcionar como uma rede para memórias quânticas em
grandes distâncias. Os métodos que desenvolvemos poderão ser usados
conjuntamente com operações de bit quânticos para criar um componente
central necessário para a computação quântica", afirmou Christopher Monroe,
um dos autores do estudo.
Os cientistas estimam que o computador quântico será capaz de realizar
tarefas complexas como cálculos relacionados a criptografia ou buscas em
gigantescas bases de dados muito mais rapidamente do que as máquinas
atuais.
Para saber mais sobre as implicações do teletransporte quântico sobre os
computadores quânticos, veja Construir computadores quânticos pode ser mais
fácil do que se previa.
Entrelaçamento
A base de funcionamento do teletransporte quântico é um fenômeno conhecido
como entrelaçamento (ou emaranhamento), que ocorre somente em escala
atômica ou subatômica. Quando dois objetos são colocados em um estado
entrelaçado, suas propriedades se tornam inextricavelmente ligadas.
Embora essas propriedades sejam desconhecidas até que possam ser avaliadas,
o simples ato de medir qualquer um dos objetos determina instantaneamente
as características do outro, não importando a distância em que estejam
separados.
No novo estudo, os pesquisadores entrelaçaram os estados quânticos de dois
íons de itérbio (elemento químico da família dos lantanídeos) de modo que a
informação contida na condição de um pudesse ser transferida para o outro.
Bits quânticos, ou qubits
Cada íon foi isolado em um invólucro no vácuo, suspenso em uma gaiola
invisível formada por campos eletromagnéticos e envolta por eletrodos. Os
cientistas identificaram dois estados discerníveis, de menor energia, dos
íons, que serviriam como valores alternativos de um bit quântico (ou
qubit).
Bits (dígitos binários) eletrônicos convencionais, como os de um computador
pessoal, estão sempre em um de dois estados: ligado ou desligado, ou 0 ou
1. Os bits quânticos, entretanto, podem estar em alguma combinação
(superposição) dos dois estados ao mesmo tempo - como uma moeda que ficasse
simultaneamente tanto na cara como na coroa. E é justamente esse fenômeno
inusitado que dá à computação quântica seu enorme potencial.
Cada íon foi inicializado em um estado básico. Em seguida, o primeiro (íon
A) foi irradiado por uma emissão específica de micro-ondas de um dos
eletrodos, ficando em uma superposição de estados, como se escrevesse em
sua memória a informação a ser teletransportada.
Imediatamente, os dois íons foram excitados durante um trilionésimo de
segundo por um laser. A duração do pulso foi tão pequena que cada íon
emitiu apenas um único fóton à medida que recebeu a energia do laser e
retornou a um dos estados quânticos iniciais.
Emissão de fótons superpostos
Dependendo do estado, cada íon emitiu um fóton cuja cor (azul ou vermelha)
estava perfeitamente relacionada com o estado quântico. É justamente esse
entrelaçamento entre cada bit quântico e seu fóton correspondente que
permite que os átomos se entrelacem.
Os fótons emitidos foram capturados por lentes, encaminhados a fibras
ópticas separadas e levados para lados opostos de um separador de saída da
luz, no qual podiam passar diretamente ou ser refletidos. Nos lados do
separador estavam posicionados detectores para registrar a chegada dos
fótons.
Antes de alcançar o separador, cada fóton estava em uma superposição de
estados. Depois, quatro combinações de cores se tornaram possível: azul-
azul, vermelho-vermelho, azul-vermelho ou vermelho-azul. Na maior parte
desses estados, cada fóton cancelou o outro de um lado do separador e ambos
terminaram no mesmo detector do outro lado.
Leis da mecânica quântica
Houve uma combinação, contudo, na qual os dois detectores registram o fóton
exatamente no mesmo instante. Mas é fisicamente impossível determinar qual
íon produz cada fóton, ou seja, qual foi a combinação, porque não dá para
saber se o fóton que chega ao detector passou pelo separador de luz ou foi
refletido por ele.
Graças às leis peculiares da mecânica quântica, essa incerteza inerente
projeta os íons em um estado de entrelaçamento. Ou seja, cada um deles fica
em uma superposição dos dois possíveis estados. Como a detecção simultânea
de fótons pelos detectores não ocorre com freqüencia, o estímulo do laser e
o processo de emissão do fóton precisam ser repetidos milhares de vezes por
segundo. Mas quando um fóton aparece em cada detector, é um sinal
inconfundível do entrelaçamento entre os íons.
Quando uma condição de entrelaçamento foi identificada, os cientistas
imediatamente mediram o íon A. O ato de medir fez com que ele saísse da
superposição e assumisse uma condição definitiva, isto é, um dos dois
estados do bit quântico. Mas como o estado do íon A estava
irreversivelmente ligado ao do íon B, a medição do A também fez com que o B
assumisse o estado complementar.
Dependendo de qual estado o íon A terminou, os cientistas conseguiram saber
precisamente que tipo de pulso de micro-ondas devia ser aplicado ao íon B
de modo que ele recuperasse a informação exata que foi armazenada
originalmente no primeiro íon. Era o exato teletransporte da informação.
Chegando sem ter viajado
O que distingue esse resultado como teletransporte, e não como outra forma
qualquer de comunicação, é que nenhuma informação contida na memória
original realmente passou entre os íons. Em vez disso, a informação
desapareceu quando o íon A foi medido e reapareceu quando o pulso de micro-
ondas foi aplicado no íon B.
"Um aspecto particularmente atraente de nosso método é que ele combina as
vantagens únicas tanto dos fótons como dos átomos. Fótons são ideais para
transferir informação por longas distâncias, enquanto que átomos oferecem
um meio vantajoso para a memória quântica de longa duração", disse Monroe.
"A combinação representa uma arquitetura promissora para um 'repetidor
quântico' que permitirá com que informação quântica seja transferida em
distâncias muito maiores do que seria possível apenas com fótons. Além
disso, esse teletransporte de informação poderá constituir a base de uma
internet quântica, capaz de superar em muito qualquer outro tipo de rede",
destacou.
Para conhecer avanços anteriores na área do teletransporte, veja Computação
Quântica: agora a informação foi da luz para a matéria e Teleclonagem une
clonagem quântica com teletransporte.
"Bibliografia: "
"Quantum teleportation between distant matter qubits "
"S. Olmschenk, D. N. Matsukevich, P. Maunz, D. Hayes, L.-M. Duan, "
"C. Monroe1 "
"Science "
"23 January 2009 "
"Vol.: 323. no. 5913, pp. 486 - 489 "
"DOI: 10.1126/science.1167209 "