Ilustração mostra a criação de fótons entrelaçados híbridos combinando polarização com um padrão de luz torcida que carrega momento angular orbital. Essa luz estruturada permite usar protocolos quânticos para criar um alfabeto de codificação maior, mais segurança e melhor resistência ao ruído.
[Imagem: Forbes/Nape - 10.1116/1.5112027]
Luz estruturada
A criação de feixes de luz estruturada - luz em padrões exóticos, como espirais - revelou não apenas um estranho mundo novo da luz, como também abriu novos campos de exploração tecnológica do campo da fotônica.
E parece que essas possibilidades de aplicação não foram sequer arranhadas.
Dois pesquisadores da África do Sul demonstraram já ser possível explorar feixes helicoidais de luz para criar um alfabeto, o que promete não apenas maior segurança e mais robustez nas comunicações, como também criar uma nova forma de explorar a física que está por trás dos computadores quânticos.
"O que nós realmente queremos é fazer a mecânica quântica com padrões de luz. Com isso, queremos dizer que a luz vem em uma variedade de padrões que podem ser diferenciados - como nossos rostos," explicou Andrew Forbes, da Universidade de Witwatersrand.
Como os padrões de luz podem ser distinguidos uns dos outros, eles podem ser usados como uma forma de alfabeto. "O legal é que há, pelo menos em princípio, um conjunto infinito de padrões; portanto, um alfabeto infinito está disponível," disse Forbes.
Diferentes padrões de luz estruturada - as "letras" desse alfabeto fotônico infinito.
[Imagem: Forbes/Nape - 10.1116/1.5112027]
Estados multidimensionais
Tradicionalmente, os protocolos quânticos têm sido implementados com a polarização da luz, que possui apenas dois valores, o que significa uma capacidade máxima de informação por fóton de apenas 1 bit - lembrando que um bit por fóton já é incrivelmente melhor do que as enxurradas de elétrons usadas hoje. Usando padrões de luz estruturada como alfabeto, por sua vez, a capacidade de informação é muito maior, sem contar os ganhos em segurança e resistência ao ruído.
"Os padrões de luz são um caminho para o que chamamos de estados de alta dimensão," continua Forbes. "Eles são de alta dimensão porque muitos padrões estão envolvidos no processo quântico. Infelizmente, o kit de ferramentas para gerenciar esses padrões ainda está subdesenvolvido e requer muito trabalho".
Por isso ele e seu colega Isaac Nape começaram a trabalhar com estados híbridos, que reúnem o uso tradicional da polarização com os modos estruturados da luz.
"Acontece que muitos protocolos podem ser implementados eficientemente com ferramentas mais simples, combinando padrões com polarização para o melhor dos dois mundos," afirmou Forbes. "Em vez de duas dimensões de padrões, os estados híbridos permitem o acesso a estados multidimensionais, por exemplo, um conjunto infinito de sistemas bidimensionais. Esse parece ser um caminho promissor para verdadeiramente tornar realidade uma rede quântica baseada em padrões de luz."
Bibliografia:
Artigo: Quantum mechanics with patterns of light: Progress in high dimensional and multidimensional entanglement with structured light
Autores: Andrew Forbes, Isaac Nape
Revista: AVS Quantum Science
DOI: 10.1116/1.5112027
FONTE: Scientific American Brasil
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