Fibras pticas evoluem para fibras qunticas

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/11/2022

Fibra quntica

Pesquisadores do Instituto de Cincias Fotnicas (ICFO), na Espanha, conseguiram transformar as tradicionais fibras pticas em “fibras qunticas”, capazes de transportar informaes diretamente utilizveis em todas as tecnologias que levam o mesmo sobrenome, como os computadores, criptografia e redes.

Enquanto as fibras pticas atuais transmitem a luz clssica, ou seja, a luz vista como um fluxo contnuo de ftons, a nova fibra lida com a luz quntica, ou seja, com ftons, pacotes individuais de luz que precisam manter seus delicados estados de correlao com outros ftons, para que sua informao seja preservada.

Alexander Demuth e seus colegas demonstraram com sucesso o transporte de estados qunticos de luz de dois ftons atravs de um modelo especial de fibra ptica, conhecida como fibra ptica separada por fases, ou PSF na sigla em ingls (Phase-Separated Fiber).

Na demonstrao, a PSF (fibra separada por fase) conectou um transmissor e um receptor. O transmissor uma fonte de luz quntica, ou seja, que gera pares de ftons correlacionados, intrinsecamente unidos pelo fenmeno do entrelaamento quntico. O receptor uma cmera de diodo de avalanche de fton nico (SPAD: Single Photon Avalanche Photodiode). Ao contrrio das cmeras CMOS comuns, esta to sensvel que pode detectar ftons nicos com rudo extremamente baixo. Ela tambm tem uma resoluo de tempo muito alta, de modo que o tempo de chegada dos ftons individuais conhecido com alta preciso.

A matriz SPAD – pense nela como um “CCD quntico” – permitiu no apenas detectar os pares de ftons, mas tambm identific-los como pares, j que eles chegam virtualmente ao mesmo tempo (coincidentes). Como os pares so correlacionados quanticamente, saber onde um dos dois ftons est mostra a localizao do outro fton. A equipe verificou essa correlao logo antes e logo depois de enviar a luz quntica atravs da fibra, mostrando com sucesso que a correlao espacial dos ftons foi de fato preservada.

Localizao de Anderson

O funcionamento da fibra ptica quntica baseado em um fenmeno conhecido como localizao de Anderson, efeito pelo qual Philip Warren Anderson (1923-2020) ganhou o Prmio Nobel de Fsica em 1977.

A teoria da localizao de Anderson descreve como qualquer tipo de onda – seja ela composta de luz, som ou matria – pode ficar “localizada”, ou presa, travada, em um determinado local, por causa da desordem do meio de propagao.

Experimentos j haviam demonstrado a localizao de Anderson em fibras pticas, realizando o confinamento ou localizao da luz – luz clssica, ou convencional – em duas dimenses conforme ela se propagava atravs da terceira dimenso. Embora esses experimentos tenham mostrado resultados bem-sucedidos com luz clssica, at agora ningum os havia testado com luz quntica – fton em estados qunticos entrelaados, ou emaranhados, ou em superposio.

Ao contrrio das fibras pticas monomodo convencionais, onde os dados so transmitidos atravs de um nico ncleo, uma fibra separada por fase (PSF) – tambm chamada de fibra de localizao de Anderson separada por fase – feita de muitos fios de vidro embutidos em uma matriz de vidro com dois ndices de refrao diferentes.

Durante sua fabricao, medida que o vidro (borossilicato) aquecido e fundido, ele puxado e transformado em uma fibra, onde uma das duas fases de diferentes ndices de refrao tende a formar fios de vidro alongados. Como existem dois ndices de refrao dentro do material, isso gera o que conhecido como desordem lateral, que leva localizao de Anderson transversa (2D) da luz no material.

Segundo a equipe, os resultados de seu experimento mostram que esta abordagem promissora para processos de fabricao escalonveis em aplicaes do mundo real, como em imagens qunticas ou comunicaes qunticas, especialmente no campo da tecnologia da informao, para distribuio de entrelaamento e distribuio de chaves para criptografia, mas tambm para a gerao de imagens, na endoscopia de alta resoluo, por exemplo.

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