Redes Quânticas

As futuras redes de comunicação quântica serão capazes de interconectar diferentes tipos de sistemas quânticos, cada um deles capazes de receber, armazenar, processar e enviar informação quântica [Kimble, 2008]. Para este plano funcionar, é necessário estabelecer canais quânticos de comunicação entre os elementos da rede, o que pode ser feito através do emaranhamento, uma peça-chave em protocolos de comunicação quântica.

EMARANHAMENTO TRIPARTIDO NUM OPO

O Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) tem sido usado há mais de 20 anos pela comunidade científica como dispositivo para a produção de emaranhamento entre feixes luminosos. Um OPO é composto de um cristal não-linear no qual ocorre conversão paramétrica descendente de fótons e que é inserido numa cavidade ótica para aumentar a eficiência de conversão. Quando um fóton do feixe de bombeamento é aniquilidado, há criação de um par de fótons, obedecendo à conservação da energia e do momento dos fótons. Acima do limiar de oscilação do OPO, temos o feixe de bombeamento parcialmente refletido pela cavidade e os chamados feixes gêmeos (sinal e complementar) emitidos em comprimentos de onda distintos ao de bombeamento. O LMCAL foi pioneiro na demonstração experimental de emaranhamento entre os feixes gêmeos produzidos por um OPO acima do limiar, graças à técnica de detecção com cavidades óticas [Villar, 2008]. Além disso, fomos o primeiro grupo a verificar o esperado emaranhamento tricolor num OPO, em que os três feixes de cores distintas (bombeamento, sinal e complementar) estão emaranhados entre si [Coelho et al., 2009].

TELETRANSPORTE QUÂNTICO BICOLOR

O teletransporte quântico permite a comunicação (troca de informação) entre dois sistemas quânticos. Um dos experimentos em andamento no laboratório tem como objetivo implementar um esquema completamente ótico de teletransporte quântico com a particularidade de usar o emaranhamento entre dois feixes de cores (comprimentos de onda) distintas. O teletransporte bicolor equivale a transferir um estado quântico da luz de um modo num dado comprimento de onda para outro modo num comprimento de onda distinto. O resultado abrirá o caminho a ser trilhado para a comunicação quântica eficiente entre dois sistemas de uma rede que interagem com a luz em comprimentos de onda distintos.

A fonte de emaranhamento é um OPO com cristal de KTP bombeado por um feixe de luz verde de 532 nm, que gera dois feixes intensos emaranhados de comprimentos de ondas distintos em torno de 1064 nm. A implementação bem sucedida do esquema de teletransporte, detalhado na figura abaixo, depende da existência de emaranhamento, e quanto maior o emaranhamento, maior a fidelidade do processo.

COMUNICAÇÃO COM ÁTOMOS A LONGAS DISTÂNCIAS

Se os elementos da rede quântica estão distantes entre si, um canal com um mínimo de perdas se faz necessário para preservar o caráter quântico da informação sendo transmitida. Num segundo experimento, estamos trabalhando no emaranhamento entre luz em 780 nm (ressonante com átomos de Rubídio) e luz na região Telecom, 1550 nm, que pode ser enviada a longas distâncias por fibras óticas com baixíssima perda.

Um OPO também é utilizado neste experimento. Um cristal de PPKTP bombeado por um laser de Titânio-Safira em 780 nm permite um quasi acordo de fase gerando dois feixes perto de 1560 nm. Como este OPO é triplamente ressonante, o feixe de bombeamento refletido, que está emaranhado com os feixes sinal e complementar, interagirá coerentemente com os átomos, emaranhado-os aos feixes Telecom.