Uma equipe de pesquisa internacional que inclui cientistas da UAB publicou uma nova revisão Fotônica da Natureza Examinando um campo de rápido crescimento conhecido como luz estruturada quântica. Esta abordagem está a remodelar a forma como a informação é transmitida, medida e processada, combinando a ciência da informação quântica com padrões de luz cuidadosamente concebidos no espaço e no tempo. O resultado são fótons que podem transportar muito mais informações do que era possível anteriormente.
Os pesquisadores descrevem como o controle simultâneo de várias propriedades da luz, incluindo polarização, modo espacial e frequência, torna possível a criação de estados quânticos de alta dimensão. Neste quadro, o qubit padrão (bidimensional, com fótons em superposição de dois estados quânticos) é substituído pelo qubit (mais de duas dimensões). Esta mudança expande enormemente o que os sistemas quânticos podem fazer e abre novos caminhos em muitas áreas da ciência e da tecnologia.
Na comunicação quântica, esses fótons de dimensões superiores aumentam a segurança ao empacotar mais informações em cada partícula de luz. Eles permitem que muitos canais de comunicação operem ao mesmo tempo, melhorando a tolerância a erros e ruídos de fundo. Para a computação quântica, a luz estruturada pode simplificar o projeto de circuitos e acelerar o processamento, ao mesmo tempo em que é capaz de criar os estados quânticos complexos necessários para simulações avançadas.
Avanços na pesquisa de imagens, sensores e materiais
A luz quântica estruturada também está impulsionando avanços em imagens e medições. Os investigadores apontam para técnicas de resolução melhoradas – como o recente desenvolvimento de microscópios quânticos holográficos, com sensores altamente sensíveis que dependem de correlações quânticas – para permitir a obtenção de imagens de amostras biológicas finas. Além dessas aplicações, a luz estruturada pode ser usada para simular sistemas quânticos complexos, ajudando os cientistas a modelar como as moléculas interagem em redes e potencialmente orientando a descoberta de novos materiais.
Duas décadas de rápido progresso
De acordo com o autor correspondente, Professor Andrew Forbes, da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo, o campo evoluiu dramaticamente nos últimos 20 anos. “A adaptação de estados quânticos, onde a luz quântica é adaptada para um propósito específico, ganhou impulso ultimamente, finalmente começando a mostrar todo o seu potencial. Há vinte anos, o kit de ferramentas para isso estava praticamente vazio. Hoje temos fontes de luz quântica estruturada no chip que são compactas e eficientes e capazes de estados controláveis e geradores de estado.”
Apesar desta dinâmica, os desafios permanecem. “Embora tenhamos feito progressos surpreendentes, ainda existem questões desafiadoras”, disse Forbes. “O alcance da distância com luz estruturada, tanto clássica quanto quântica, permanece curto, mas esta é uma oportunidade, estimulando a busca por graus mais abstratos de liberdade na absorção.”
De curiosidades científicas a ferramentas práticas
Adam Valles, pesquisador do grupo de óptica do Departamento de Física da UAB, diz que a área atingiu um momento crítico. “Estamos num ponto de viragem: a luz estruturada quântica já não é apenas uma curiosidade científica, mas uma ferramenta com potencial real para transformar as comunicações, a computação e o processamento de imagens.” Wallace enfatizou o papel da UAB como um dos principais contribuintes para este progresso através da sua colaboração com a Forbes, citando “avanços de grande impacto internacional, como o teletransporte estimulado de informação quântica altamente codificada, o design de cavidades de laser para criar estados complexos de alta pureza, e o campo de criptas robustas face a barreiras que bloqueiam os canais de comunicação”.
Uma colaboração global apoiada pela Catalunha
Artigo de revisão, apresentado como artigo de capa na edição de novembro de 2025 Fotônica da NaturezaReflete uma parceria de longa data entre Wallace e o grupo de investigação de luz estruturada liderado por Forbes na Faculdade de Física da Universidade de Witwatersrand em Joanesburgo, África do Sul. O trabalho também foi apoiado pela Catalonia Quantum Academy (CQA), uma iniciativa colaborativa coordenada pelo Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) e promovida pelo Governo da Catalunha, que visa fortalecer a educação e o desenvolvimento de talentos em ciência e tecnologia quântica em toda a região.
