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Cientistas no Japão desenvolveram um novo método para detectar instantaneamente os elusivos "estados W" quânticos, um marco importante para a tecnologia quântica. Essa descoberta pode ajudar a desbloquear comunicações quânticas mais rápidas, teletransporte e novos sistemas de computação poderosos.
O emaranhamento quântico é uma das características mais estranhas do mundo quântico. Ele descreve uma situação em que partículas como os fótons estão tão profundamente interligadas que suas propriedades não podem ser totalmente compreendidas individualmente. Em vez disso, o sistema precisa ser tratado como um todo. Essa ideia entra em forte conflito com a visão clássica de que cada partícula deve possuir sua própria realidade independente, um conflito que notoriamente incomodou Einstein.
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| Figura 1. Configuração experimental. |
Figura 1. Configuração experimental.
( A ) Configuração esquemática para medição de emaranhamento de três qubits para um
estado. ( B ) Configuração experimental para a avaliação de um
Medição de emaranhamento de estado. BBO, borato de bário beta; BPF, filtro passa-banda (780 ± 1 nm); SPCM, módulo de contagem de fóton único; HBS, divisor de feixe híbrido; LCVR, retardador variável de cristal líquido; FPBS, divisor de feixe de fibra; PMF, fibra de manutenção de polarização; SHG, geração de segundo harmônico
Hoje, o entrelaçamento quântico é mais do que um enigma filosófico. É um ingrediente fundamental em muitas das tecnologias que os pesquisadores esperam que definam o futuro, incluindo computação quântica, comunicação quântica, teletransporte quântico e redes quânticas.
O desafio de ler estados quânticos
Para desenvolver essas tecnologias, os cientistas precisam fazer mais do que criar estados emaranhados. Eles também precisam de métodos confiáveis para determinar exatamente que tipo de estado emaranhado criaram.
É aí que o problema se complica. Um método padrão chamado tomografia quântica pode estimar um estado quântico, mas o número de medições necessárias cresce exponencialmente à medida que mais fótons são adicionados. Para sistemas compostos por muitos fótons emaranhados, isso cria um sério gargalo.
Uma solução mais poderosa seria uma medição de emaranhamento, capaz de identificar certos estados emaranhados em uma única aquisição. Cientistas já haviam demonstrado esse tipo de medição para o estado de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ). No entanto, o estado W, outro tipo importante de emaranhamento multifotônico, permanecia fora de alcance. Antes deste trabalho, tal medição para estados W não havia sido proposta nem demonstrada experimentalmente.
Cientistas miram o esquivo estado W
Uma equipe da Universidade de Kyoto e da Universidade de Hiroshima decidiu desvendar esse mistério. Seu trabalho resultou em um método para realizar medições de emaranhamento que permite identificar estados W, com uma demonstração experimental utilizando três fótons.
"Mais de 25 anos após a proposta inicial relativa à medição do emaranhamento para estados GHZ, finalmente obtivemos a medição do emaranhamento também para o estado W, com demonstração experimental genuína para estados W de 3 fótons", afirma o autor correspondente Shigeki Takeuchi.
A descoberta revolucionária surgiu do foco em uma característica especial dos estados W, conhecida como simetria de deslocamento cíclico. Usando essa propriedade, os pesquisadores propuseram um circuito quântico fotônico que realiza uma transformação de Fourier quântica para estados W com qualquer número de fótons. Em termos práticos, isso lhes proporcionou uma maneira de transformar a estrutura oculta do estado W em um sinal mensurável.
Um dispositivo estável construído a partir da luz.
Para testar a ideia, a equipe construiu um dispositivo para três fótons usando circuitos quânticos ópticos altamente estáveis. O sistema foi capaz de funcionar por um longo período sem controle ativo, uma característica importante para futuras tecnologias quânticas que não podem depender de configurações de laboratório frágeis e constantemente ajustadas.
Os pesquisadores inseriram três fótons individuais no dispositivo em estados de polarização cuidadosamente escolhidos. O dispositivo então distinguiu diferentes tipos de estados W de três fótons. Cada um desses estados representava uma correlação não clássica específica entre os três fótons incidentes.
A equipe também avaliou a fidelidade da medição emaranhada. Nesse caso, fidelidade se refere à probabilidade de o dispositivo fornecer o resultado correto quando a entrada é um estado W puro.
Por que isso é importante para a tecnologia quântica?
Essa conquista pode ajudar a impulsionar a teletransportação quântica, que envolve a transferência de informação quântica em vez da movimentação de matéria de um lugar para outro. Também pode viabilizar novos protocolos de comunicação quântica, a transferência de estados emaranhados de múltiplos fótons e novas abordagens para a computação quântica baseada em medições.
"Para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias quânticas, é crucial aprofundar nossa compreensão dos conceitos básicos para gerar ideias inovadoras", afirma Takeuchi.
O trabalho se encaixa em um esforço mais amplo para levar a comunicação quântica e os sistemas quânticos fotônicos de demonstrações delicadas em laboratório para plataformas mais escaláveis. Desde o estudo do estado W de 2025, o progresso relacionado continuou em todo o campo. No final de 2025, pesquisadores demonstraram teletransporte quântico totalmente fotônico usando fótons de pontos quânticos distintos em uma rede urbana híbrida. Em 2026, outra equipe relatou um chip fotônico integrado capaz de gerar, manipular e medir o emaranhamento de estados de clusters multipartidos em um único dispositivo. Esses resultados não são extensões diretas do experimento do estado W, mas mostram por que um melhor controle e medição do emaranhamento complexo continua sendo tão importante.
As redes quânticas também estão sendo incorporadas à infraestrutura do mundo real. Em 2026, pesquisadores testaram uma rede quântica de três nós em cabos de fibra óptica existentes em Nova York, usando a troca de emaranhamento para conectar links quânticos em uma pequena rede. Esse tipo de progresso destaca a necessidade a longo prazo de medições de emaranhamento precisas, pois as futuras redes quânticas dependerão da capacidade de criar, rotear, verificar e transferir estados quânticos frágeis.
Em direção a sistemas quânticos maiores
A equipe formada pelas universidades de Kyoto e Hiroshima agora planeja estender seu método a estados emaranhados de múltiplos fótons maiores e mais gerais. Eles também pretendem desenvolver circuitos quânticos fotônicos em chip para medições de emaranhamento.
Se esse esforço for bem-sucedido, a capacidade de ler estados quânticos complexos poderá se tornar mais rápida, compacta e prática. Para tecnologias baseadas no entrelaçamento quântico, isso representaria um passo importante rumo a sistemas capazes de transmitir informações quânticas de forma confiável por meio de computadores e redes do futuro.
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🔑PALAVRAS-CHAVE:
📙 GLOSSÁRIO:
🖥️ FONTES :
Materiais fornecidos pela Universidade de Kyoto
Parque Geobae, Holger F. Hofmann, Ryo Okamoto, Shigeki Takeuchi. Medição emaranhada para estados W. Avanços da Ciência , 2025; 11 (37) DOI:
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