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Luz brilhante guiada por uma fibra óptica fabricada na University of Bath. Crédito: Cameron McGarry, University of Bath
Físicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, desenvolveram uma nova geração de fibras ópticas especiais projetadas para enfrentar os futuros desafios de transferência de dados previstos com o surgimento da computação quântica.
Físicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, desenvolveram uma nova geração de fibras ópticas especiais projetadas para atender aos desafios de transferência de dados previstos para o futuro computação quântica era.
As tecnologias quânticas prometem fornecer poder computacional inigualável, permitindo-nos resolver problemas lógicos complexos, desenvolver novos medicamentos e fornecer técnicas criptográficas inquebráveis para comunicações seguras. No entanto, as redes de cabos usadas hoje para transmitir informações pelo mundo provavelmente serão subótimas para comunicações quânticas, devido aos núcleos sólidos de suas fibras ópticas.
Diferentemente das fibras ópticas comuns, as fibras especiais fabricadas em Bath têm um núcleo microestruturado, que consiste em um padrão complexo de bolsas de ar que percorrem todo o comprimento da fibra.
“As fibras ópticas convencionais que são o carro-chefe das nossas redes de telecomunicações de hoje transmitem luz em comprimentos de onda que são inteiramente governados pelas perdas do vidro de sílica. No entanto, esses comprimentos de onda não são compatíveis com os comprimentos de onda operacionais do single-fóton fontes, qubits e componentes ópticos ativos, que são necessários para tecnologias quânticas baseadas em luz”, disse a Dra. Kristina Rusimova do Departamento de Física de Bath.
A Dra. Rusimova e seus colegas descrevem as fibras de última geração feitas em Bath, juntamente com outros desenvolvimentos recentes e futuros no campo emergente da computação quântica, em um artigo acadêmico publicado em Letras de Física Aplicada Quântico.
A Dra. Rusimova, que é a principal autora sênior do artigo – conhecido como perspectiva – acrescentou: “O design e a fabricação de fibras ópticas estão na vanguarda da pesquisa do Departamento de Física da Universidade de Bath, e as fibras ópticas que estamos desenvolvendo com computadores quânticos em mente estão estabelecendo as bases para as necessidades de transmissão de dados do amanhã.”
Emaranhamento quântico
A luz é um meio promissor para a computação quântica. As partículas individuais de luz, chamadas fótons, possuem algumas propriedades quânticas únicas que podem ser aproveitadas por tecnologias quânticas.
Um exemplo disso é o emaranhamento quântico, onde dois fótons separados por uma grande distância não apenas guardam informações um sobre o outro, mas também podem influenciar instantaneamente as propriedades um do outro. Ao contrário dos bits binários dos computadores clássicos (um ou um zero), pares de fótons emaranhados podem de fato existir como um e um zero ao mesmo tempo, liberando enormes quantidades de poder computacional.
O Dr. Cameron McGarry, até recentemente físico em Bath e primeiro autor do artigo, disse: “Uma internet quântica é um ingrediente essencial para cumprir as vastas promessas dessa tecnologia quântica emergente.
“Assim como a internet existente, uma internet quântica dependerá de fibras ópticas para entregar informações de nó a nó. Essas fibras ópticas provavelmente serão muito diferentes daquelas que são usadas atualmente e exigirão tecnologia de suporte diferente para serem úteis.”
Em sua perspectiva, os pesquisadores discutem os desafios associados à internet quântica do ponto de vista da tecnologia de fibra óptica e apresentam uma série de soluções potenciais para a escalabilidade de uma rede quântica robusta e de larga escala.
Isso abrange tanto as fibras que serão usadas para comunicação de longo alcance quanto as fibras especiais que permitirão repetidores quânticos, integrados diretamente à rede para estender a distância na qual essa tecnologia pode operar.
Além de conectar nós
Eles também descrevem como fibras ópticas especiais podem ir além de conectar nós de uma rede para implementar computação quântica nos próprios nós, agindo como fontes de fótons únicos emaranhados, conversores de comprimento de onda quânticos, interruptores de baixa perda ou recipientes para memórias quânticas.
O Dr. McGarry disse: “Ao contrário das fibras ópticas que são normalmente usadas para telecomunicações, as fibras especiais que são rotineiramente fabricadas em Bath têm um núcleo microestruturado, consistindo em um padrão complexo de bolsas de ar que percorrem todo o comprimento da fibra.
“O padrão dessas bolsas de ar é o que permite aos pesquisadores manipular as propriedades da luz dentro da fibra e criar pares emaranhados de fótons, alterar a cor dos fótons ou até mesmo prender átomos individuais dentro das fibras.”
“Pesquisadores ao redor do mundo estão fazendo avanços rápidos e empolgantes nas capacidades das fibras ópticas microestruturadas de maneiras que são de interesse da indústria”, disse a Dra. Kerrianne Harrington, pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Física.
“Nossa perspectiva descreve os avanços emocionantes dessas novas fibras e como elas podem ser benéficas para futuras tecnologias quânticas.”
O Dr. Alex Davis, bolsista de aceleração de carreira quântica do EPSRC em Bath, acrescentou: “É a capacidade das fibras de confinar firmemente a luz e transportá-la por longas distâncias que as torna úteis.
“Além de gerar fótons emaranhados, isso nos permite gerar estados quânticos de luz mais exóticos com aplicações em computação quântica, detecção de precisão e criptografia de mensagens inexpugnável.”
A vantagem quântica – a capacidade de um dispositivo quântico de executar uma tarefa de forma mais eficiente do que um computador convencional – ainda precisa ser demonstrada de forma conclusiva. Os desafios tecnológicos identificados na perspectiva provavelmente abrirão novos caminhos para a pesquisa quântica e nos aproximarão de atingir esse marco importante. Espera-se que as fibras ópticas fabricadas em Bath ajudem a estabelecer as bases para os computadores quânticos do futuro.
Referência: “Fibras ópticas microestruturadas para aplicações quânticas: Perspectiva” por Cameron McGarry, Kerrianne Harrington, Alex OC Davis, Peter J. Mosley e Kristina R. Rusimova, 29 de julho de 2024, APL Quântico.
DOI: 10.1063/5.0211055