Os spins nucleares "gravitam" em torno do elétron resfriado, permitindo ler a informação com pouquíssima perturbação.
[Imagem: Daniel M. Jackson et al. - 10.1038/s41567-020-01161-4]
Pesquisadores descobriram uma maneira de usar a luz e um único elétron para se comunicar com uma nuvem de bits quânticos - e não exatamente com a nuvem toda, mas com cada qubit individualmente.
Daniel Jackson e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, comparam o feito a jogar uma "agulha" de informação quântica altamente frágil em um "palheiro" de 100.000 núcleos e então encontrá-la sem nenhum esforço.
Usando lasers para controlar um único elétron, a equipe usou esse elétron para controlar o comportamento do "palheiro" inteiro de qubits, tornando mais fácil encontrar a agulha. Eles detectaram a informação com uma precisão de 1,9 partes por milhão, o que é bom o suficiente para detectar um único bit quântico nesse grande conjunto.
A técnica permite enviar informações quânticas altamente frágeis por meio de luz a um sistema de núcleos atômicos, para que essas informações sejam armazenadas, e então recuperá-las com o mínimo de perturbação aos demais qubits, um passo importante para o desenvolvimento de uma internet quântica baseada em fontes de luz.
Canais de luz que transmitem informações são candidatos promissores para colocar os computadores quânticos em rede e criar a tão sonhada internet quântica. E, atualmente, uma das melhores ferramentas para isso são os pontos quânticos semicondutores, minúsculos cristais que são essencialmente átomos artificiais.
Contudo, há uma pedra no caminho: Para viabilizar uma rede quântica é preciso armazenar as informações temporariamente ao longo da rede.
É disso que se trata a demonstração feita agora: Usando a luz de um laser, os pesquisadores se comunicaram com um elétron, que então se comunica com os spins, ou momento angular, dos núcleos atômicos. E esses núcleos podem ficar em "palheiros quânticos" aos milhares ou milhões.
Estrutura do leitor de qubits na "nuvem quântica".
Quando o laser é usado para ler o dado do elétron, o conjunto caótico de spins começa a esfriar e se aglomerar em torno do elétron.
"Se imaginarmos nossa nuvem de spins como um rebanho de 100.000 ovelhas movendo-se aleatoriamente, uma ovelha mudando de direção repentinamente é difícil de ver. Mas se todo o rebanho está se movendo como uma onda bem definida, então uma única ovelha mudando de direção torna-se altamente perceptível," explicou o professor Mete Atature.
Em outras palavras, a injeção de uma onda de spin composta de uma única inversão de spin nuclear no conjunto torna mais fácil detectar um único spin nuclear entre 100.000 outros spins nucleares.
"Tendo dominado esse controle e a capacidade de detecção neste grande conjunto de núcleos, nosso próximo passo será demonstrar o armazenamento e a recuperação de um bit quântico arbitrário do registrador," disse Daniel Jackson.
"Esta etapa completará uma memória quântica conectada à luz - um importante bloco de construção no caminho para a realização da internet quântica," completou seu colega Dorian Gangloff.
Autores: Daniel M. Jackson, Dorian A. Gangloff, J. H. Bodey, L. Zaporski, C. Bachorz, E. Clarke, M. Hugues, C. Le Gall, Mete Atatüre