Uma equipe de físicos teóricos da RIKEN propôs uma nova maneira de alcançar a sincronização quântica unidirecional de fônons, partículas associadas ao som. O método se destaca porque permanece altamente eficaz mesmo diante de desafios do mundo real, como imperfeições de fabricação e ruído ambiental.
Muitas tecnologias modernas dependem de componentes que se comportam como ruas de mão única. Esses dispositivos permitem que partículas ou sinais se movam livremente em uma direção e restringem bastante o movimento na direção oposta. Conhecidos como elementos não alternativos, eles são amplamente utilizados em sistemas ópticos e de micro-ondas para reduzir sinais diretos e reflexões indesejadas.
“Os elementos não alternativos permitem que o sinal viaje ao longo do caminho desejado, enquanto decaem fortemente na direção oposta”, observa Franco Nori, do Centro RIKEN de Computação Quântica (RQC). “Esse recurso encontra aplicações que vão desde processamento de sinais até camuflagem de invisibilidade.”
Sincronização quântica unidirecional
Os pesquisadores há muito procuram criar um fenômeno relacionado conhecido como sincronização quântica não recíproca. Nesse processo, dois sistemas quânticos ficam sincronizados quando a informação flui em uma direção, mas a sincronização não ocorre na direção oposta.
Apesar do interesse considerável, o desenvolvimento de uma forma prática de alcançar este efeito revelou-se difícil. As propostas anteriores têm sido geralmente vulneráveis a várias limitações que tornam a implementação no mundo real um desafio.
“As tecnologias quânticas práticas enfrentam desafios críticos devido a imperfeições aleatórias de fabricação e ruído ambiental”, observa Adam Miranowicz, também da RQC. “Esses fatores suprimem profundamente – ou mesmo destroem completamente – as propriedades quânticas nos métodos convencionais.”
Novos métodos superam ruídos e imperfeições
Em um novo estudo teórico, Norrie, Miranowicz e Deng-Gao Lai desenvolveram uma técnica que permite a sincronização quântica não recíproca de fônons e evita muitos dos obstáculos que dificultavam os métodos anteriores.
“Este desenvolvimento estabelece uma nova base para a futura aplicabilidade prática de transformar recursos quânticos não recíprocos de frágeis em robustos”, disse Norrie.
Sua técnica combina dois efeitos quânticos separados em uma única estrutura. Usando este método, os fônons ficam sincronizados quando a luz ou um campo magnético é aplicado de uma direção, mas a sincronização não ocorre quando a mesma influência vem da direção oposta.
Robustez incrível para tecnologia quântica
Os investigadores ficaram particularmente surpreendidos com a resiliência do sistema.
“Ficamos entusiasmados ao descobrir que a sincronização quântica persiste mesmo na presença de imperfeições e ruídos substanciais”, disse Lai. “Anteriormente, pensava-se que isto seria impossível sem o emprego de esquemas de segurança complexos.”
A equipe acredita que as descobertas podem ajudar a avançar nos planos para desenvolver tecnologia quântica prática e continuar a explorar o conceito.
“Ao permitir uma sincronização quântica robusta e não recíproca, nossa pesquisa abre caminho para a criação de processadores quânticos mais confiáveis e recursos quânticos seguros”, comentou Lai. “Agora planejamos explorar aplicações em redes quânticas e processamento de informações quânticas resilientes a falhas.”
