O emaranhamento quântico é uma característica peculiar do mundo quântico. Descreve uma situação em que partículas como os fótons estão tão profundamente acopladas que suas propriedades não podem ser totalmente compreendidas individualmente. Em vez disso, o sistema deve ser considerado como um todo. Esta ideia contradiz fortemente a visão clássica de que cada partícula deveria carregar a sua própria realidade independente, uma contradição que perturbou Einstein notoriamente.
Hoje, o emaranhamento é mais do que um quebra-cabeça filosófico. É um componente-chave de muitas tecnologias que os investigadores esperam que definam o futuro, incluindo a computação quântica, a comunicação quântica, o teletransporte quântico e as redes quânticas.
O desafio de ler estados quânticos
Para criar estas tecnologias, os cientistas precisam de fazer mais do que criar estados presos. Há também uma necessidade de meios confiáveis de dizer exatamente que tipo de emaranhado eles criaram.
É aí que o problema fica difícil. Um método padrão chamado tomografia quântica pode inferir um estado quântico, mas o número de medições necessárias aumenta exponencialmente à medida que mais fótons são adicionados. Para sistemas compostos por muitos fótons emaranhados, isso cria uma séria barreira.
Uma solução mais robusta seria uma medição emaranhada, que pode detectar condições específicas emaranhadas em um único disparo. Os cientistas já haviam demonstrado esse tipo de medição para o estado de Greenberger Horn Zeilinger, ou GHZ. Mas o estado W, outro grande tipo de emaranhamento multifóton, permaneceu indefinido. Antes deste trabalho, tal medida para estados W não havia sido proposta ou demonstrada experimentalmente.
Os cientistas têm como alvo o indescritível estado W
Uma equipe da Universidade de Kyoto e da Universidade de Hiroshima decidiu resolver a peça que faltava. Seu trabalho leva a um método para realizar uma medição complexa que pode detectar o estado W com uma demonstração experimental usando três fótons.
O autor correspondente, Shigeki Takeuchi, disse: “Mais de 25 anos após a proposta inicial sobre medições emaranhadas para estados GHZ, finalmente temos medições emaranhadas para estados W com demonstração experimental real para estados W de 3 fótons.”
Esse avanço veio do foco em uma propriedade especial do estado W conhecida como simetria de deslocamento cíclico. Usando essa propriedade, os pesquisadores propuseram um circuito quântico fotônico que realiza uma transformada quântica de Fourier para estados W com qualquer número de fótons. Em termos práticos, isto deu-lhes uma forma de transformar a estrutura oculta do estado W num sinal mensurável.
Um dispositivo estável construído a partir de luz
Para testar o conceito, a equipe construiu um dispositivo para três fótons usando circuitos quânticos ópticos altamente estáveis. O sistema foi capaz de funcionar por um longo período de tempo sem controle ativo, um recurso importante para futuras tecnologias quânticas que não podem contar com configurações de laboratório frágeis e constantemente ajustadas.
Os pesquisadores injetaram três fótons únicos no dispositivo em estados de polarização cuidadosamente selecionados. O dispositivo então separa três estados W de fótons diferentes. Cada um desses estados representa uma correlação não clássica específica entre os três fótons recebidos.
A equipe também avaliou a confiabilidade das medições de interceptação. Neste caso, fidelidade refere-se à probabilidade de o dispositivo fornecer resultados corretos quando a entrada é um estado W puro.
Por que é importante para a tecnologia quântica?
A conquista pode ajudar a avançar no teletransporte quântico, que envolve mover informações quânticas de um lugar para outro sem movê-las. Poderia suportar novos protocolos de comunicação quântica, transições de estado emaranhadas de múltiplos fótons e novas abordagens para computação quântica baseada em medição.
“Para acelerar a investigação e o desenvolvimento da tecnologia quântica, é importante aprofundar os nossos conceitos fundamentais para chegar a ideias inovadoras”, disse Takeuchi.
O trabalho se enquadra em um esforço mais amplo para mover a comunicação quântica e os sistemas quânticos fotônicos de delicadas demonstrações em laboratório para plataformas mais escaláveis. Desde o estudo da W State de 2025, o progresso relacionado continuou em todo o campo. Até o final de 2025, os pesquisadores demonstraram o teletransporte quântico totalmente fotônico usando fótons de pontos quânticos individuais em uma rede urbana híbrida. Em 2026, outro grupo Relatório Um chip fotônico integrado capaz de gerar, manipular e medir o emaranhamento de estado de cluster multipartido em um único dispositivo. Esses resultados não são uma extensão direta do experimento do estado W, mas mostram por que um melhor controle e medição de emaranhados complexos é tão importante.
A rede quântica também está migrando para a infraestrutura do mundo real. Em 2026, Os pesquisadores testaram uma rede quântica de três nós Nos cabos de fibra óptica existentes em Nova York, a troca de emaranhamento é usada para conectar links quânticos em uma rede menor. Tais avanços destacam a necessidade a longo prazo de medições precisas de emaranhamento, uma vez que as futuras redes quânticas dependerão da capacidade de criar, encaminhar, verificar e transferir estados quânticos frágeis.
Rumo a grandes sistemas quânticos
A equipe da Universidade de Kyoto e da Universidade de Hiroshima planeja agora estender seu método a estados emaranhados multifotônicos maiores e mais gerais. O objetivo é desenvolver circuitos quânticos fotônicos no chip para medições emaranhadas.
Se esse esforço for bem sucedido, a capacidade de ler estados quânticos complexos poderá tornar-se mais rápida, menor e mais prática. Para as tecnologias baseadas no emaranhamento, isto marcaria um passo importante em direcção a sistemas que possam transferir de forma fiável informação quântica através de futuros computadores e redes.
