Qubit de cristal bate novo recorde mundial de armazenamento

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Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/03/2022

Qubit de cristal bate novo recorde mundial de armazenamento

Cristal utilizado para armazenar qubits fotnicos e iluminado por laser em um criostato, instrumento para obteno de temperaturas criognicas.
[Imagem: Antonio Ortu]

Qubit durvel

Ao conseguir armazenar um qubit em um cristal (uma memria) por 20 milissegundos, uma equipe da Universidade de Genebra, na Sua, estabeleceu um recorde mundial no campo da computao quntica e deu um grande passo para o desenvolvimento de redes de telecomunicaes de longa distncia ultrasseguras.

Depois de algumas centenas de quilmetros dentro de uma fibra ptica, os ftons que carregam os dados acabam se perdendo. Para evitar isso, so necessrios repetidores, que “reforcem” os ftons, para que eles percorram o trecho seguinte da viagem. Repetidores que fazem isso nas comunicaes atuais esto por toda parte, mas a construo de repetidores qunticos ainda um desafio, sobretudo pela dificuldade em construir memrias qunticas robustas.

Como a informao quntica no pode ser copiada ou amplificada – ela perderia o estado quntico que garante sua confidencialidade – o desafio encontrar uma forma de repetir a informao sem alter-la, criando repetidores baseados, principalmente, em uma memria quntica.

Memria quntica de cristal

H uma dcada, a equipe liderada pelo professor Mikael Afzelius conseguiu armazenar um qubit carregado por um fton em um cristal, criando uma memria quntica de estado slido. No entanto, o fenmeno no durou o suficiente para permitir a construo de uma rede maior de memrias, pr-requisito para o desenvolvimento das telecomunicaes qunticas de longa distncia.

Em 2015, a equipe fez com que o dado ficasse armazenado durante 0,5 milissegundo, o que permitiu que o fton transferisse seu estado quntico para os tomos do cristal antes de desaparecer.

Agora, eles conseguiram conseguiu aumentar essa durao, armazenando um qubit por 20 milissegundos com confiabilidade, o que abre o caminho para aplicaes prticas – lembre-se que a memria dos computadores atuais tm latncia na casa dos nanossegundos.

“Trata-se de um recorde mundial para uma memria quntica baseada em um sistema de estado slido, neste caso um cristal. At conseguimos atingir a marca de 100 milissegundos com uma pequena perda de fidelidade,” entusiasma-se o pesquisador.

Qubit de cristal bate novo recorde mundial de armazenamento

Uma memria quntica essencial para as redes qunticas de longa distncia.
[Imagem: Antonio Ortu et al. – 10.1038/s41534-022-00541-3]

Repetidor quntico

Como nas demonstraes anteriores, os cristais so dopados com metais de terras raras (neste caso, o elemento eurpio), que so capazes de absorver luz e depois reemiti-la. Esses cristais so mantidos prximos do zero absoluto, porque basta uma elevao de 10 C para que a agitao trmica do cristal destrua o entrelaamento dos tomos.

“Ns aplicamos um pequeno campo magntico, de um milsimo de Tesla, ao cristal e usamos mtodos dinmicos de desacoplamento, que consistem em enviar intensas frequncias de rdio ao cristal. O efeito dessas tcnicas desacoplar os ons de terras raras das perturbaes do ambiente e aumentar o desempenho de armazenamento que havamos alcanado at agora em quase 40 vezes,” explicou o pesquisador Antonio Ortu, responsvel pelo melhoramento.

Ainda h desafios a serem superados, mas agora a equipe j fala em construir o primeiro repetidor quntico prtico.

“O desafio agora estender ainda mais o tempo de armazenamento. Em teoria, bastaria aumentar o tempo de exposio do cristal s radiofrequncias, mas, por enquanto, obstculos tcnicos para sua implementao por um perodo maior nos impedem de ultrapassar os 100 milissegundos. No entanto, certo que essas dificuldades tcnicas podem ser resolvidas. O objetivo desenvolver um sistema que funcione bem em todos esses pontos e que possa ser comercializado em dez anos,” concluiu o professor Afzelius.

Bibliografia:

Artigo: Storage of photonic time-bin qubits for up to 20?ms in a rare-earth doped crystal
Autores: Antonio Ortu, Adrian Holzpfel, Jean Etesse, Mikael Afzelius
Revista: Quantum Information
Vol.: 8, Article number: 29
DOI: 10.1038/s41534-022-00541-3

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