Uma equipe de pesquisa do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Iowa propôs recentemente uma nova solução teórica que deverá "purificar" a saída do fluxo de fótons por fontes de luz quântica da fonte, abrindo caminho para uma computação quântica de fótons e comunicações quânticas mais eficientes e seguras.
Na tecnologia quântica de fótons existente, as fontes de fóton único são o núcleo dos circuitos quânticos, mas a obtenção de fluxos de fóton único estáveis e puros sempre enfrentou dois grandes gargalos técnicos. O primeiro é o espalhamento de laser: em experimentos, os átomos são geralmente irradiados com lasers para estimulá-los a emitir fótons, mas ao mesmo tempo são introduzidos fótons dispersos adicionais, o que equivale a "corrente parasita" no circuito óptico, reduzindo a eficiência do sistema. O segundo problema vem dos eventos esporádicos de emissão de múltiplos fótons dos próprios átomos. Quando os átomos liberam vários fótons de uma só vez, o fluxo de fótons que deveria estar “passando em um único arquivo” é interrompido, enfraquecendo a precisão e a controlabilidade do circuito óptico quântico.
A principal conclusão do estudo é que quando os átomos emitem ocasionalmente multifótons, a distribuição espectral da cor e a forma de onda desses multifótons são altamente semelhantes à própria luz do laser que os excita. Foi esta semelhança que levou os investigadores a perceberem que podem utilizar ativamente a dispersão do laser, um componente originalmente considerado como “ruído”. Através do controle preciso, a luz espalhada pelo laser e a emissão de múltiplos fótons podem interferir entre si no espaço e na fase, cancelando assim o excesso de fótons desnecessários. O modelo teórico fornecido pela equipe de pesquisa mostra que, sob condições adequadas, esta “assistência de ruído” pode suprimir significativamente os componentes multifótons e reter a saída mais pura de um único fóton.
Na computação quântica de fótons, as informações são transportadas por qubits, como os fótons. Comparados aos bits eletrônicos tradicionais, os fótons têm vantagens em velocidade, perda de transmissão e anti-interferência. Portanto, são considerados por muitas start-ups como uma das rotas técnicas importantes para a futura computação quântica e comunicações quânticas. A controlabilidade e a pureza das fontes de fótons únicos estão diretamente relacionadas à escalabilidade e segurança do sistema: fluxos ordenados de fótons únicos não apenas facilitam a integração de linhas em grande escala, mas também reduzem o risco de as informações serem interceptadas ou adulteradas durante a transmissão.
Ravitej Uppu, autor correspondente do artigo e professor assistente do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Iowa, apontou que, ao controlar parâmetros como o ângulo de incidência e a forma do feixe dos átomos de irradiação laser, o excesso de fótons pode ser compensado com precisão em teoria, tornando o fluxo de fótons restante "muito puro". A pesquisa supera teoricamente os dois principais obstáculos: espalhamento de laser e emissão multifótons, e é considerada um passo importante na aceleração de circuitos quânticos de fótons e na promoção de uma nova geração de computadores quânticos e redes de comunicação seguras. Na próxima etapa, a equipe planeja verificar essa teoria em laboratório e fornecer um caminho viável de implementação de engenharia para futuros dispositivos quânticos fotônicos.
Segundo relatos, a pesquisa, intitulada "Purificação de fonte de fóton único assistida por ruído", foi publicada na revista Optica Quantum e foi financiada pelo Gabinete do Subsecretário de Defesa para Pesquisa e Engenharia e pelo Gabinete do Vice-Presidente de Pesquisa da Universidade de Iowa. Os pesquisadores disseram que se a verificação experimental correr bem, espera-se que esta ideia seja aplicada a uma variedade de plataformas quânticas de fótons, fornecendo novas ferramentas técnicas para a construção de redes quânticas de alta fidelidade.
Compilado de /ScitechDaily