Tecnologia permite usar luz para transmitir informação em sistema quântico

Pesquisas sobre fotônica integrada, nanotecnologia e emaranhamento quântico podem ajudar no desenvolvimento de computadores quânticos

Fenômenos físicos e a manipulação da luz para a transmissão de informação foram assuntos de uma sessão de apresentações na FAPESP Week France que reuniu pesquisadores do Estado de São Paulo e da Universidade de Lyon.

Os pesquisadores abordaram fotônica integrada, nanotecnologia e emaranhamento quântico, entre outros campos que têm permitido ampliar as possibilidades de pesquisa em sistemas ópticos de comunicação e que poderão apoiar o desenvolvimento de computadores quânticos.

“Características quânticas inspiram novos conceitos em ciência da informação, em um cenário no qual a eficiência na computação, no armazenamento e no transporte de informação pode ser ampliada”, disse Paulo Nussenzveig, professor titular no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP).

Nussenzveig falou sobre informação quântica com modos múltiplos de luz e destacou que a luz quântica é adequada não apenas para a comunicação, mas também para a computação.

O pesquisador falou ainda sobre um conceito muito importante em estudos para o desenvolvimento de dispositivos quânticos de transmissão de informação, o emaranhamento.

O emaranhamento (ou entrelaçamento) quântico é um fenômeno da mecânica quântica segundo o qual dois ou mais objetos (que podem ser ondas ou partículas) estão tão ligados que um deles não pode ser corretamente descrito sem que o outro seja mencionado, ainda que estejam separados por milhões de quilômetros. Isso leva a correlações muito fortes entre as propriedades físicas observáveis das diversas partículas subatômicas.

Nussenzveig lembrou o que Albert Einstein (1879-1955), Boris Podolsky (1896-1966) e Nathan Rosen (1909-1995) escreveram quando introduziram o conceito de emaranhamento quântico: “Medidas em uma partícula fornecem informação sobre o estado de outra partícula. Uma vez que, no momento da medida, os sistemas não estão interagindo, nenhuma mudança pode ocorrer no segundo sistema como consequência de algo que ocorra no primeiro sistema”.

Em um experimento realizado pelo grupo de Marcelo Martinelli e Nussenzveig no IF-USP, os pesquisadores conseguiram obter um emaranhamento de seis ondas de luz geradas por uma fonte de laser desenvolvida pelos cientistas e denominado Oscilador Paramétrico Óptico (OPO).

Resultados da pesquisa – conduzida com apoio da FAPESP no âmbito do Projeto Temático “Explorando informação quântica com átomos, cristais e chips” – foram publicados na revista Physical Review Letters m 2018.

Antes, em 2009, o grupo do IF-USP havia conseguido o emaranhamento de três ondas luminosas em um estudo divulgado na revista Science.

Fotônica quântica integrada

Felippe Alexandre Silva Barbosa, do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), falou sobre fotônica quântica integrada na mesma sessão do simpósio FAPESP Week France.

“Na fotônica integrada, o objetivo principal é desenvolver tecnologias que permitam codificar, transmitir e processar informação com o uso de luz”, disse Barbosa, que também pesquisa o Oscilador Paramétrico Óptico em parceria com Nussenzveig e Martinelli – os três são autores do artigo publicado em 2018 na Physical Review Letters.

“A área de fotônica integrada está na linha de frente da pesquisa científica e tecnológica há mais de uma década. Mais recentemente, desenvolvimentos em plataformas de fotônica integrada têm levado a progressos em outros campos, tais como óptica não linear, microfluídica, aprendizado de máquina e informação quântica”, disse.

Segundo Barbosa, muitos avanços nas áreas de informação quântica e fotônica integrada ajudaram a “empurrar os limites tanto na pesquisa em ciência fundamental quanto na tecnologia de ponta”.

“Nos últimos anos, tem havido uma interseção crescente entre essas duas áreas de pesquisa, resultando no campo emergente da fotônica quântica integrada”, disse. Com apoio da FAPESP, Barbosa coordena um projeto de pesquisa cujo objetivo principal é estudar esse novo campo.

“A pesquisa se concentra na preparação de estados comprimidos, emaranhados e de fótons individuais, usando filmes finos de nitreto de silício e niobato de lítio, duas plataformas fotônicas escaláveis e integradas”, disse.

Nanotecnologia em Lyon

O uso de nanotecnologias em áreas como engenharia de materiais, eletrônica, fotônica e biotecnologia foi abordado no simpósio por Christian Seassal, diretor assistente do Instituto de Nanotecnologia de Lyon.

“O Instituto de Nanotecnologia de Lyon é uma estrutura colaborativa com presença em vários campi da Universidade de Lyon. Somos cerca de 200 pessoas trabalhando em ciência dos materiais e novos conceitos em dispositivos e integração de sistemas”, disse Seassal à Agência FAPESP.

“Temos trabalhado desde 2007 com tecnologias dedicadas em termos de óxidos funcionais, materiais semicondutores, nanomateriais (incluindo nanofios, por exemplo) e em novos conceitos em processamento da informação, geração de energia, biotecnologia e saúde, entre outros”, disse.

Cristais fotônicos, integração de sistemas nanotecnológicos, dispositivos fotovoltaicos em silício, sensores biomédicos, roupas inteligentes e nanofluidos são outros temas de pesquisa no Instituto de Tecnologia de Lyon.

O simpósio FAPESP Week France acontece entre os dias 21 e 27 de novembro, graças a uma parceria entre a FAPESP e as universidades de Lyon e de Paris, ambas da França. Leia outras notícias sobre o evento em www.fapesp.br/week2019/france.