O futuro das tecnologias quânticas depende da exploração de conceitos fascinantes da mecânica quântica, como estados quânticos de dimensões superiores. Esses estados são componentes fundamentais da ciência da informação quântica e da tecnologia quântica. Para manipular esses estados, os cientistas recorreram à luz, especificamente a uma propriedade chamada momento angular orbital (OAM), que envolve como a luz gira e gira no espaço. Aqui está o problema: criar fótons únicos ultrabrilhantes com OAM de forma determinística tem sido um problema intransponível. A geração de estados emaranhados quase determinísticos com base no momento angular orbital fornece uma ponte entre tecnologias fotônicas para avanços quânticos.
Pontos Quânticos: Tecnologia Bridge
Os pontos quânticos (QDs) são partículas minúsculas com enorme potencial. Uma equipe de pesquisa da Universidade Sapienza de Roma, da Universidade de Paris Saclay e da Universidade de Nápoles Federico II combinou as propriedades dos OAMs com as dos pontos quânticos para construir uma ponte entre as duas tecnologias de ponta. Os resultados de sua pesquisa foram publicados na revista Advanced Photonics.
Esquema conceitual do protocolo proposto. Ao manipular a polarização e OAM de fótons únicos gerados por fontes de luz QD de uma maneira quase determinística, os dois graus de liberdade interagem através da placa q para produzir estados emaranhados intrapartículas. No mecanismo interpartículas, dois fótons, caracterizados por estados específicos em um espaço misto que consiste em polarização e OAM, interferem através de um divisor de feixe. Ao selecionar o número de coincidências, uma porta de emaranhamento probabilístico é implementada. Fonte: AlessiaSuprano
Onde está a inovação? A ponte que construíram pode ser usada de forma flexível para dois propósitos. Primeiro, ele pode criar fótons únicos puros emaranhados no espaço de polarização OAM, que os pesquisadores podem contar diretamente. Em segundo lugar, esta ponte também pode criar pares de fótons fortemente correlacionados no mundo quântico. Eles estão emaranhados, de modo que o estado de cada fóton não pode ser descrito independentemente do estado do outro fóton, mesmo que estejam distantes. Isto tem enormes implicações para as comunicações quânticas e a criptografia.
Esta nova plataforma tem o potencial de criar estados híbridos emaranhados dentro e entre partículas, todos pertencentes a um espaço de Hilbert de alta dimensão. Por um lado, a equipe de pesquisa conseguiu a geração de fótons únicos puros cujos estados quânticos exibem inseparabilidade dentro do domínio de polarização híbrido OAM. Ao utilizar uma fonte quântica quase determinística em combinação com uma placa q, um dispositivo capaz de ajustar valores OAM com base na polarização de fóton único, os pesquisadores podem verificar diretamente esses estados por meio da contagem de fóton único, evitando assim a necessidade de um processo de prenúncio e aumentando a taxa de geração.
Por outro lado, a equipe de pesquisa também utilizou o conceito de inseparabilidade dentro de fótons únicos como recurso para gerar pares de fótons únicos que estão emaranhados no espaço de polarização híbrido OAM.
O professor Fabio Sciarrino, diretor do Laboratório de Informação Quântica do Departamento de Física da Universidade Sapienza de Roma, comentou: "A solução flexível proposta representa um passo em frente para experimentos multifótons de alta dimensão e pode fornecer uma plataforma importante para pesquisa básica e aplicações de fótons quânticos."
Impacto na tecnologia quântica
Essencialmente, esta pesquisa marca um passo importante na busca por tecnologias quânticas avançadas. É como conectar duas grandes cidades. Esta conexão abre possibilidades interessantes para computação quântica, comunicações e muito mais. Portanto, isso não é apenas ciência, é o futuro.