A luz estruturada é uma maneira elegante de descrever padrões ou imagens de luz, mas merecidamente, pois promete futuras comunicações que serão mais rápidas e mais seguras.
A mecânica quântica percorreu um longo caminho nos últimos 100 anos, mas ainda há um longo caminho a percorrer. Na AVS Quantum Science , da AIP Publishing, pesquisadores da Universidade de Witwatersrand, na África do Sul, revisam o progresso feito no uso de luz estruturada em protocolos quânticos para criar um alfabeto de codificação maior, segurança mais forte e melhor resistência ao ruído.
“O que realmente queremos é fazer a mecânica quântica com padrões de luz”, disse o co-autor professor Andrew Forbes, da Escola de Física da Universidade de Witwatersrand. “Com isso, queremos dizer que a luz vem em uma variedade de padrões que podem ser diferenciados – como nossos rostos”.
Como os padrões de luz podem ser distinguidos um do outro, 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 ele.
Tradicionalmente, os protocolos quânticos são implementados com a polarização da luz, que possui apenas dois valores – um sistema de dois níveis com uma capacidade máxima de informação por fóton de apenas 1 bit. Mas, usando padrões de luz como o alfabeto, a capacidade de informação é muito maior. Além disso, sua segurança é mais forte e a robustez ao ruído (como flutuações da luz de fundo) é aprimorada.
“Os padrões de luz são um caminho para o que chamamos de estados de alta dimensão”, afirmou 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”.
A comunidade da ciência quântica fez muitos avanços notáveis recentes, tanto na ciência quanto nas tecnologias derivadas. Por exemplo, a troca de emaranhamento agora foi demonstrada com modos espaciais de luz, um ingrediente central em um repetidor quântico, enquanto os meios para se comunicar com segurança entre nós são agora possíveis através de protocolos de distribuição de chaves quânticas de alta dimensão. Juntos, eles nos aproximam um pouco de uma rede quântica rápida e segura.
Da mesma forma, a construção de estados exóticos multidimensionais de alta dimensão para computadores quânticos foi realizada, assim como a resolução aprimorada na imagem fantasma (produzida pela combinação de luz de dois detectores de luz). No entanto, continua sendo um desafio ultrapassar os onipresentes dois fótons em duas dimensões para o controle total de vários fótons emaranhados em altas dimensões.
“Nós sabemos como criar e detectar fótons emaranhados em padrões”, disse Forbes. “Mas realmente não temos um bom controle para obtê-los de um ponto para outro, porque eles distorcem a atmosfera e a fibra óptica. E realmente não sabemos como extrair informações com eficiência deles. Isso exige muitas medições. no momento “, acrescentou.
A Forbes e seu co-autor, Isaac Nape, foram pioneiros no uso de estados híbridos – outro grande avanço. A mecânica quântica dos antigos livros didáticos foi feita com polarização.
“Acontece que muitos protocolos podem ser implementados eficientemente com ferramentas mais simples, combinando padrões com polarização para o melhor dos dois mundos”, disse 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. Isso parece um caminho promissor para realizar verdadeiramente uma rede quântica baseada em padrões de luz”.
