Entrelaçamento quântico é demonstrado em CubeSat orbitando a Terra
Uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu gerar e detectar entrelaçamento quântico a bordo de um nanossatélite CubeSat, em órbita ao redor da Terra.
Esse avanço representa um enorme passo em direção à criação de uma rede de comunicação quântica, capaz de transmitir sinais à Terra.
Esses sinais poderiam ser usados para implementar uma variedade de aplicações envolvendo transferência de informações pela replicação do estado de um sistema quântico à distância, desde distribuição de chaves quânticas para transmissão extremamente segura de dados até teletransporte quântico.
Metodologia
O fenômeno do entrelaçamento – e sua distribuição global – é essencial para aplicações em comunicação quântica. No entanto, não é possível criar tal rede de distribuição com fibras óticas, por conta das perdas de dados que ocorrem a longas distâncias. Uma solução, então, é equipar satélites espaciais com instrumentos quânticos capazes de fazer isso.
No novo estudo, os pesquisadores precisaram demonstrar que uma fonte miniaturizada de um par de fótons, utilizada para gerar entrelaçamento quântico, poderia suportar um lançamento e operar adequadamente no ambiente pouco amigável do espaço.
Para isso, examinaram exaustivamente cada componente da fonte para ver se eles poderiam ser menores ou mais resistentes. O resultado consistiu em um diodo laser azul que brilha em cristais não lineares para criar pares de fótons. A fim de obter entrelaçamento quântico de alta qualidade, os cientistas precisaram mudar o design dos cristais para alcançar alta precisão e estabilidade.
“Em cada estágio do desenvolvimento, estávamos ativamente conscientes das limitações de massa, tamanho e poder. Ao iterar o design por meio de prototipagem e testes rápidos, chegamos a um resultado robusto e pequeno de todos os componentes para uma fonte de pares de fótons emaranhados”, disse o principal autor do novo estudo, Aitor Villar, do Centro para Tecnologias Quânticas da Universidade Nacional de Singapura.
Sucesso
Essa fonte ou instrumento foi incorporado ao SpooQy-1, um tipo padrão de nanossatélite chamado de CubeSat, feito de múltiplas unidades cúbicas de 10 cm × 10 cm × 10 cm. Ele é menor do que uma caixa de sapato e pesa apenas 2,6 kg.
Antes de enviá-lo ao espaço, a equipe testou sua capacidade de suportar vibração e mudanças termais, experimentadas durante um lançamento de foguete e operação espacial.
A fonte manteve um entrelaçamento de alta qualidade em todos os testes, e o alinhamento dos cristais foi preservado através de variações de temperatura de -10 °C a 40 °C.
No dia 17 de junho do ano passado, os cientistas o enviaram em órbita da Terra, e o satélite gerou entrelaçamento no seu par de fótons com sucesso a temperaturas que variaram de 16 °C a 21.5 °C.
“Esta demonstração mostrou que a tecnologia de entrelaçamento miniaturizada pode funcionar bem enquanto consome pouca energia. Este é um passo importante para uma abordagem econômica da implantação de constelações de satélites que podem servir redes quânticas globais”, concluiu Villar.
Próximos passos
A equipe agora está trabalhando em colaboração com o laboratório de pesquisa RALSpace, no Reino Unido, para projetar um nanossatélite similar ao SpooQy-1 capaz de transmitir fótons emaranhados do espaço para um receptor na Terra.
Os pesquisadores devem testar essa nova tecnologia em 2022.
Além disso, estão colaborando com outras equipes para melhorar a capacidade dos CubeSats de suportar redes quânticas.
Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica Optica. [Phys]
