Um passo significativo em direção a uma Internet quântica funcional foi alcançado com o desenvolvimento de um novo qubit molecular capaz de transmitir informações quânticas através de redes de fibra óptica existentes. Os pesquisadores projetaram um qubit baseado no elemento de terras raras érbio, aproveitando suas propriedades ópticas e magnéticas únicas para preencher a lacuna entre a computação quântica e a infraestrutura de telecomunicações convencional.
O desafio da transmissão de dados quânticos
As atuais limitações na comunicação quântica decorrem da fragilidade dos qubits e da dificuldade de transmitir seus delicados estados quânticos por longas distâncias. Ao contrário dos bits clássicos, que são estáveis como 1s ou 0s binários, os qubits existem em uma superposição de estados – representando simultaneamente vários valores. Esta propriedade, embora poderosa para computação, torna-os suscetíveis à decoerência, ou perda de informação quântica, durante a transmissão.
Para superar isso, os cientistas exploraram diferentes tecnologias de qubit, incluindo circuitos supercondutores, íons aprisionados e fótons. O novo qubit baseado em érbio introduz uma abordagem híbrida que combina a estabilidade dos qubits de spin com as capacidades de transmissão dos qubits fotônicos.
Érbio: um bloco de construção quântico versátil
O qubit recém-projetado explora a capacidade do átomo de érbio de armazenar informações quânticas magneticamente enquanto é lido opticamente. Esta dupla funcionalidade é crucial: o spin magnético codifica o valor do qubit, enquanto as propriedades ópticas permitem a leitura usando técnicas espectroscópicas padrão. A vantagem de usar o érbio é sua compatibilidade com comprimentos de onda de telecomunicações – as frequências padrão usadas em redes de fibra óptica.
“Essas moléculas podem atuar como uma ponte em nanoescala entre o mundo do magnetismo e o mundo da óptica”, explica Leah Weiss, coautora do estudo. “A informação poderia ser codificada no estado magnético de uma molécula e depois acessada com luz em comprimentos de onda compatíveis com tecnologias bem desenvolvidas subjacentes a redes de fibra óptica e circuitos fotônicos de silício.”
Dimensionando redes quânticas
A capacidade de operar em comprimentos de onda de telecomunicações resolve dois problemas principais: perda mínima de sinal em longas distâncias e integração perfeita com chips de silício. O silício é transparente para essas frequências, permitindo que os sinais ópticos passem sem serem absorvidos. Isso significa que os dados quânticos podem ser incorporados ao hardware existente, abrindo caminho para dispositivos menores e mais compactos.
A estrutura molecular do qubit, que é cerca de 100.000 vezes menor que um fio de cabelo humano, também permite controle preciso e escalabilidade. Os pesquisadores podem ajustar as propriedades do qubit por meio da química sintética, tornando-o adaptável a dispositivos de estado sólido e até mesmo a ambientes biológicos.
Implicações Futuras
Esta descoberta representa um grande avanço nas redes quânticas. A capacidade de integrar a tecnologia quântica diretamente na infraestrutura existente poderia acelerar o desenvolvimento de links de comunicação ultrasseguros e de redes de computadores quânticos de longa distância.
Como afirma David Awschalom, investigador principal do estudo: “Ao demonstrar a versatilidade desses qubits moleculares de érbio, estamos dando mais um passo em direção a redes quânticas escaláveis que podem ser conectadas diretamente à infraestrutura óptica atual”.
O desenvolvimento deste novo qubit aproxima da realidade o sonho de uma Internet quântica totalmente funcional, prometendo um futuro onde a comunicação quântica segura e de longa distância não é mais teórica, mas uma capacidade prática.
