Físicos da Universidade de Bath desenvolveram uma nova geração de fibras especializadas para enfrentar os desafios futuros na transmissão de dados à medida que entramos na era da computação quântica.
A tecnologia quântica oferece um poder computacional sem precedentes, abrindo portas para a resolução de problemas complexos, melhorando a investigação médica e permitindo comunicações seguras utilizando técnicas criptográficas inquebráveis. No entanto, as redes de cabos atuais podem não ser ideais para comunicação quântica devido aos núcleos rígidos das suas fibras ópticas.
Ao contrário das fibras ópticas tradicionais, as fibras especiais criadas em Bath possuem um núcleo semiestruturado com um padrão complexo de bolsas de ar que percorrem todo o comprimento da fibra.
“As fibras ópticas convencionais que hoje são o trabalho de nossas redes de telecomunicações transmitem luz em comprimentos de onda completamente dominados pela perda de vidro de sílica. No entanto, esses comprimentos de onda são incompatíveis com as frequências operacionais de fontes de fóton único, qubits e materiais ativos necessários para a tecnologia quântica baseada em luz”, disse a Dra. Kristina Rusimova, do Departamento de Física de Bath.
Dr. Rusimova, principal autor do artigo – conhecido como parecer – acrescentou: “O projeto e a fabricação de fibra óptica estão na vanguarda da pesquisa no Departamento de Física da Universidade de Bath, e as fibras ópticas que estamos construindo tendo a computação quântica em mente estabelecem as bases para as necessidades de transmissão de dados de amanhã”.
A luz é um método muito promissor para a computação quântica devido às propriedades quânticas únicas de partículas de luz ou fótons individuais. O emaranhamento quântico é um excelente exemplo disso, onde fótons separados podem influenciar rapidamente as propriedades uns dos outros, permitindo muito mais poder computacional do que os computadores clássicos. Ao contrário dos bits binários, os fótons emaranhados podem existir simultaneamente como uns e zeros, dando um grande potencial à tecnologia quântica.
“A Internet quântica é um ingrediente chave para concretizar as muitas promessas deste tipo de tecnologia quântica”, disse o Dr. Cameron McGarry, ex-físico de Bath e primeiro autor do artigo. “Tal como a Internet existente, a Internet quântica dependerá de fibras ópticas para transmitir informações de um lugar para outro. É provável que estas fibras ópticas sejam muito diferentes daquelas actualmente em utilização e exigirão diferentes tecnologias de suporte para serem úteis. “
Os pesquisadores fornecem informações importantes sobre os desafios da Internet quântica em relação à tecnologia de fibra óptica. Eles também apresentam uma gama de soluções possíveis para a construção de uma rede quântica robusta e escalável. Isto inclui o uso de fibras de comunicação de longa distância e fibras repetidoras quânticas especiais, que podem ampliar o alcance operacional desta tecnologia.
Além disso, eles explicam como essas fibras ópticas especiais podem facilitar a computação quântica em nós de rede, agindo como fontes de fótons únicos ligados, conversores quânticos de comprimento de onda, interruptores de baixa perda e vasos de memória quântica.
“Ao contrário das fibras ópticas comumente utilizadas em telecomunicações, as fibras especiais fabricadas em Bath possuem um núcleo semiestruturado, que consiste em um padrão complexo de bolsas de ar que percorrem todo o comprimento da fibra”, disse. Dr. McGarry disse. “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, mudar a cor dos fótons ou prender átomos individuais dentro das fibras”.
“Pesquisadores de todo o mundo estão fazendo avanços rápidos e emocionantes nas capacidades das fibras ópticas microestruturadas de formas que são de interesse para a indústria”, disse a Dra. Kerrianne Harrington, pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Física. “Nossa visão explica o emocionante desenvolvimento dessas novas fibras e como elas podem ser úteis em futuras tecnologias quânticas”.
“É a capacidade das fibras de bloquear fortemente a luz e transmiti-la por longas distâncias que a torna útil”, acrescentou o Dr. Alex Davis, bolsista de aceleração de carreira quântica do EPSRC em Bath. “Além de gerar fótons emaranhados, isso nos permite gerar luz quântica externa para aplicações em computação quântica, detecção de precisão e criptografia impenetrável de mensagens.”
A vantagem quântica, a capacidade de um dispositivo quântico funcionar melhor que um computador convencional, ainda não foi comprovada definitivamente. Espera-se que os desafios destacados nesta teoria impulsionem novas abordagens na investigação quântica, aproximando-nos um passo de alcançar este marco. Espera-se que as fibras ópticas desenvolvidas em Bath desempenhem um papel fundamental no estabelecimento das bases para o futuro da computação quântica.
Referência do diário:
- Cameron McGarry, Kerrianne Harrington, Alex OC Davis, Peter J. Mosley, Kristina R. Rusimova. Fibras ópticas microestruturadas para aplicações quânticas: uma visão geral. Cartas de Física Quântica Aplicada, 2024; DOI: 10.1063/5.0211055
