Brasileiros usam um único laser para entrelaçar seis ondas luminosas

Com informações da Agência Fapesp -  21/08/2018

Foto do oscilador paramétrico óptico, onde os físicos brasileiros bateram o recorde de entrelaçamento. [Imagem: Marcelo Martinelli / IFUSP]

Éramos seis ondas

Físicos brasileiros bateram um novo recorde no entrelaçamento de partículas quânticas, o estranho fenômeno que, ao lado da superposição, dá aos computadores quânticos a sua supremacia sobre os computadores eletrônicos.

Em um experimento realizado no Instituto de Física da Universidade de São Paulo, a equipe obteve o entrelaçamento - ou emaranhamento - de seis ondas de luz, geradas por um único laser, em um arranjo conhecido como oscilador paramétrico óptico, dobrando o feito anterior da equipe, que já havia obtido um entrelaçamento quântico triplo.

O entrelaçamento ocorre quando grupos de partículas ou ondas interagem de tal maneira que o estado de cada partícula ou onda não pode ser descrito independentemente, por mais distantes que elas se encontrem umas das outras.

"Nossa plataforma permite a geração de um emaranhamento maciço de muitos modos ópticos, com frequências diferentes, mas bem definidas, como que conectando os nós de uma grande rede. Os estados quânticos assim produzidos podem ser controlados por um único parâmetro, a potência do laser externo que bombeia o sistema.

"O emaranhamento é uma propriedade que envolve correlações quânticas entre sistemas distintos. Essas correlações são um trunfo que pode tornar os computadores quânticos superiores aos computadores eletrônicos tradicionais na realização de tarefas como simulações ou fatoração de números primos - sendo esta uma operação fundamental para a segurança de dados no mundo moderno. Por isso, a geração de sistemas com múltiplos componentes emaranhados é um desafio importante para a implementação das ideias da teoria quântica da informação," explicou o físico Marcelo Martinelli

Geradas por um único laser, as seis ondas de luz ficam inextrincavelmente interligadas. [Imagem: F. A. S. Barbosa et al. - 10.1103/PhysRevLett.121.073601]

Mais velocidade de processamento

O entrelaçamento quântico permite correlacionar vários qubits de forma não local. A não localidade é um dos grandes diferenciais entre a física quântica e a física clássica, que só admite correlações locais. Esse princípio ficou mais conhecido ao ser criticado por Einstein, que não gostou da ideia e a chamou ceticamente de "ação fantasmagórica à distância".

A máquina que gera os estados emaranhados - o oscilador paramétrico óptico - é formada por um pequeno cristal entre dois espelhos. O cristal tem 1 centímetro de comprimento e a distância entre os espelhos não chega a 5 centímetros. No entanto, como o resfriamento é uma condição necessária no processo, o conjunto todo é colocado em uma caixa de alumínio, no interior da qual é feito vácuo, evitando a condensação e o congelamento do sistema.

A informação que pode ser codificada por uma única onda é limitada pelo princípio da incerteza. Nesse caso, as variáveis amplitude e fase da onda se comportariam com as análogas das variáveis posição e velocidade da partícula, consideradas por Werner Heisenberg (1901-1976) na formulação do princípio que leva seu nome.

As seis ondas formam um conjunto. Ao se obter informação de uma delas, obtém-se informação sobre o sistema global. Ao se alterar uma delas, altera-se o sistema como um todo.

"Com o emaranhamento, parte da informação de cada onda particular é perdida, mas a informação global do sistema se preserva, de forma compartilhada. Devido ao compartilhamento, quando observamos uma única onda, somos informados, ao mesmo tempo, sobre todas as outras cinco. Cada feixe vai para um detector. E essa distribuição da informação em unidades independentes permite ganhar velocidade de processamento," disse Martinelli.

Bibliografia:

Hexapartite Entanglement in an above-Threshold Optical Parametric Oscillator
F. A. S. Barbosa, A. S. Coelho, L. F. Muñoz-Martínez, L. Ortiz-Gutiérrez, A. S. Villar, P. Nussenzveig, M. Martinelli
Physical Review Letters
Vol.: 121, 073601
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.073601

Exploring six modes of an optical parametric oscillator
Luis F. Muñoz-Martínez, Felippe Alexandre Silva Barbosa, Antônio Sales Coelho, Luis Ortiz-Gutiérrez, Marcelo Martinelli, Paulo Nussenzveig, Alessandro S. Villar
Physical Review A
Vol.: 98, 023823
DOI: 10.1103/PhysRevA.98.023823