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Teletransporte: etapa importante para melhorar a computação quântica

Os pesquisadores estão explorando novas maneiras de criar interações mecânica quântica entre elétrons distantes. A pesquisa marca um importante avanço na computação quântica e na descoberta do Teletransporte.

Enquanto o teletransporte humano existe apenas na ficção científica, o teletransporte é possível no mundo subatômico da mecânica quântica – embora não da forma normalmente retratada na TV. No mundo quântico, o teletransporte envolve o transporte de informações, ao invés do transporte de matéria.

No ano passado, cientistas confirmaram que as informações podiam ser transmitidas entre fótons em chips de computador, mesmo quando os fótons não estavam fisicamente ligados.

Agora, de acordo com uma nova pesquisa da University of Rochester e da Purdue University, o teletransporte também pode ser possível entre elétrons.

Em um artigo publicado na Nature Communications e a ser publicado na Physical Review X , os pesquisadores, incluindo John Nichol, professor assistente de física em Rochester, e Andrew Jordan, professor de física em Rochester, exploram novas maneiras de criar mecânica quântica interações entre elétrons distantes. A pesquisa é um passo importante no aprimoramento da computação quântica, que, por sua vez, tem o potencial de revolucionar a tecnologia, a medicina e a ciência ao fornecer processadores e sensores mais rápidos e eficientes.

‘Ação assustador à distância’

O teletransporte quântico é uma demonstração do que Albert Einstein chamou de “ação fantasmagórica à distância” – também conhecido como emaranhamento quântico. No emaranhamento – um dos conceitos básicos da física quântica – as propriedades de uma partícula afetam as propriedades de outra, mesmo quando as partículas estão separadas por uma grande distância. O teletransporte quântico envolve duas partículas distantes e emaranhadas nas quais o estado de uma terceira partícula instantaneamente “teletransporta” seu estado para as duas partículas emaranhadas.

O teletransporte quântico é um meio importante para a transmissão de informações na computação quântica. Enquanto um computador típico consiste em bilhões de transistores, chamados de bits, os computadores quânticos codificam informações em bits quânticos, ou qubits. Um bit tem um único valor binário, que pode ser “0” ou “1”, mas os qubits podem ser “0” e “1” ao mesmo tempo. A capacidade dos qubits individuais de ocupar simultaneamente vários estados é a base do grande poder potencial dos computadores quânticos.

Cientistas demonstraram recentemente o teletransporte quântico usando fótons eletromagnéticos para criar pares de qubits remotamente emaranhados.

Qubits feitos de elétrons individuais, no entanto, também são promissores para a transmissão de informações em semicondutores.

“Os elétrons individuais são qubits promissores porque interagem muito facilmente uns com os outros, e os qubits individuais de elétrons em semicondutores também são escaláveis”, diz Nichol. “A criação confiável de interações de longa distância entre elétrons é essencial para a computação quântica.”

A criação de pares emaranhados de qubits de elétrons que abrangem longas distâncias, o que é necessário para o teletransporte, provou ser um desafio: embora os fótons se propaguem naturalmente por longas distâncias, os elétrons geralmente estão confinados a um lugar.

Pares Emaranhados de Elétrons

Para demonstrar o teletransporte quântico usando elétrons, os pesquisadores utilizaram uma técnica desenvolvida recentemente com base nos princípios do acoplamento de troca de Heisenberg. Um elétron individual é como uma barra magnética com um pólo norte e um pólo sul que pode apontar para cima ou para baixo. A direção do pólo – se o pólo norte está apontando para cima ou para baixo, por exemplo – é conhecida como momento magnético do elétron ou estado de spin quântico. Se certos tipos de partículas têm o mesmo momento magnético, não podem estar no mesmo lugar ao mesmo tempo. Ou seja, dois elétrons no mesmo estado quântico não podem ficar um sobre o outro. Se o fizessem, seus estados se alternariam no tempo.

Os pesquisadores usaram a técnica para distribuir pares emaranhados de elétrons e teletransportar seus estados de spin.

“Nós fornecemos evidências para ‘troca de emaranhamento’, na qual criamos emaranhamento entre dois elétrons, embora as partículas nunca interajam, e ‘teletransporte quântico’, uma técnica potencialmente útil para computação quântica usando teletransporte”, diz Nichol. “Nosso trabalho mostra que isso pode ser feito mesmo sem fótons.”

Os resultados abrem caminho para pesquisas futuras sobre teletransporte quântico envolvendo estados de spin de toda a matéria, não apenas fótons, e fornecem mais evidências para as capacidades surpreendentemente úteis de elétrons individuais em semicondutores de qubit.

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