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Nem os computadores quânticos, nem a criptografia quântica, poderão se tornar tecnologias predominantes sem sistemas de memória capazes de manipular informação quântica de maneira fácil e eficaz. Isso é fato. O processamento de informação quântica e seu respectivo envio por longas distâncias até agora tem sido severamente limitado devido a falta de memórias adequadas.

E para viabilizar a popularização dessa tecnologia, a Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia, na Polônia, recentemente fez avanços significativos no campo das tecnologias da informação quântica, criando uma memória atômica com parâmetros pendentes e uma construção extremamente simples, confiável e com inúmeras possibilidades de aplicações práticas – incluindo o setor das telecomunicações. Todos comemoram \o/!

Desafios que se tornam realidade

“O maior desafio na construção da nossa memória quântica foi a seleção precisa dos parâmetros do sistema que nos permitisse salvar, armazenar e ler informação quântica de forma eficaz. Nós também encontramos uma nova maneira de reduzir o ruído durante a detecção”, esclareceu o Dr. Wojciech Wasilewski, da Universidade polonesa.

Comunicações de fibra óptica contemporânea envolvem a transmissão de informação que utiliza o laser propagado dentro dos cabos de fibra óptica. A atenuação do sinal de luz faz com que o cabo de fibra óptica enfraqueça conforme aumenta a distância que a informação percorre. Quando os cabos de fibras ópticas são longos, amplificadores de laser multiplicadores de fótons são colocados ao longo deles, em intervalos periódicos de cerca de 100 km. Estes dispositivos transformam um sinal fraco que compreende um baixo número de fótons em um sinal forte, com um elevado número de fótons.

No entanto, em comunicação quântica são os fótons individuais e os seus estados quânticos que importam. Nesse caso, a amplificação do sinal não significa simplesmente aumentar o número de fótons, mas sim preservar seus estados quânticos originais. Infelizmente, a informação quântica não pode ser duplicada sem que haja alguma perda – realizar qualquer medição do estado quântico do fóton inevitavelmente vai afetar seu estado original. Essa impossibilidade de clonagem quântica, co-descoberta pelo físico polonês Prof. Wojciech Żurek, esclarece as limitações fundamentais sobre as operações que podem ser realizadas em informação quântica.

Então novas possibilidades foram descobertas

Em 2001, uma equipe de físicos da Universidade de Innsbruck e da Universidade de Harvard propôs o protocolo de transmissão quântica DLCZ, que tornou possível enviar informação quântica por longas distâncias. De acordo com este protocolo, a informação quântica que alcança cada ponto de transmissão ao longo do canal deve permanecer armazenada lá por um tempo suficientemente longo para garantir que as tentativas de transmiti-la para o próximo ponto sejam bem sucedidas, como foi confirmado através de um sinal normal. Em um protocolo deste tipo, então, fica claro o papel fundamental desempenhado pela memória quântica, que é justamente o de armazenar as informações durante um tempo suficientemente longo para que elas se preservem aos serem transmitidas.

Memória quântica necessária

A questão era essa e estava bastante clara. Mas até então, a memória quântica dependia de equipamento de laboratório altamente sofisticados e técnicas absurdamente completas para serem capazes de alcançar o desempenho desejado. E foi aí o pulo do gato dos cientistas da Universidade de Varsóvia.

O elemento principal do dispositivo de memória construído pelos físicos poloneses consiste em uma câmara de vidro de 2,5 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento, com os lados revestidos de rubídio, preenchido por um gás nobre. Quando o tubo é suavemente aquecido, pares de rubídio preenchem seu interior, com o gás nobre restringindo o seu movimento e reduzindo assim o ruído.

Quando a informação quântica é armazenada em tal memória, os fótons do feixe de laser “imprimem” seus estados quânticos em muitos átomos de rubídio. Outros fótons são emitidos ao mesmo tempo e sua detecção confirma que a informação foi salva com sucesso. As informações armazenadas nessa memória podem ser recuperadas com o outro pulso de laser especialmente selecionado.
Para gravar e recuperar essa informação quântica, os pesquisadores usaram métodos avançados de filtragem de luz e uma câmera inovadora de seu próprio projeto. Esta câmera, capaz de detectar fótons individuais, é caracterizada por níveis extremamente baixos de ruído e uma velocidade de dezenas de vezes maior do que as câmeras existentes.

Um novo (e incrível) momento para as tecnologias quânticas

Após anos de testes em laboratórios de física, as primeiras tecnologias quânticas estão emergindo lentamente em aplicações mais amplas. Um exemplo é a criptografia quântica – um método de criptografia que proporciona uma garantia quase total da transmissão segura de dados, que tem usos obviamente muito desejados por forças militares e instituições bancárias.

“A estabilidade da informação quântica guardada em nossa memória dura de alguns microssegundos até dezenas de microssegundos. Você seria perdoado por perguntar como tal memória de curta duração pode ser útil a todos, mas tenha em mente que isso depende da aplicação. Nas telecomunicações, períodos de microssegundos são suficientes para realizar várias tentativas de transmitir um sinal quântico para a próxima estação de retransmissão “, destaca Michał Dabrowski, um estudante de doutorado da Faculdade.[Phys]