Propriedade oculta da luz protege informação quântica até mesmo do cao
[Imagem: Wits University]
Imunidade quântica
Computadores quânticos só funcionam em temperaturas próximas do zero absoluto – dentro de refrigeradores de diluição – porque os estados quânticos são extremamente sensíveis a qualquer perturbação, e tudo no nosso ambiente, incluindo luz, calor, moléculas etc, é perturbação.
Surpreendentemente, físicos descobriram um modo de enviar informações quânticas codificadas na luz através de uma verdadeira tempestade, com a informação contida na luz mantendo-se completamente intacta, mesmo que a própria luz tenha sido completamente distorcida, a ponto de se tornar irreconhecível.
Essa inovação oferece uma maneira revolucionária de proteger os dados contra interferências ambientais, abrindo caminho para redes de comunicação globais invioláveis e computadores quânticos ultrarresistentes.
Luz torcida
Tudo começa com o uso da luz torcida para transmitir dados. Essa propriedade descreve como a luz espirala ao se propagar e, por poder ser moldada em infinitas torções diferentes, oferece um vasto “alfabeto” para comunicações de alta capacidade.
Mas a luz torcida por si só é notoriamente frágil em ambientes reais, como mau tempo, turbulência atmosférica e água. Ao atravessar esses meios, o padrão torcido torna-se completamente irreconhecível, impedindo o uso desse vasto alfabeto para comunicações reais.
Tatjana Kleine e colegas da Universidade de Witwatersrand, na África do Sul, mudaram então seu foco para uma propriedade matemática mais profunda na natureza da própria luz, conhecida como topologia – a topologia é uma propriedade matemática que permite que uma estrutura seja severamente comprimida e deformada sem perder sua informação essencial.
[Imagem: Tatjana Kleine et al. – 10.1103/9pdm-1d27]
Topologia da luz
A topologia vem sendo usada para controlar a luz há bastante tempo, mas os cientistas acreditavam que ela precisava ser construída a partir de propriedades robustas da luz para servir como um meio de proteção contra os efeitos caóticos do ambiente.
A equipe comprovou que não, que mesmo a frágil torção da luz serve, e com uma vantagem adicional: A chamada luz estruturada já vem pronta na geração dos fótons para aplicações quânticas – como não é necessário nenhum passo adicional, a topologia está essencialmente disponível sem custo.
E deu certo: O momento angular orbital, o giro da luz, permaneceu completamente intacto ao passar por uma forte turbulência atmosférica, mesmo enquanto as frágeis estruturas retorcidas sobre as quais foram construídas se deterioravam consideravelmente.
“Observamos os padrões físicos se deformarem sob turbulência extrema, e a conexão quântica tradicional atingiu um ponto de grave deterioração. No entanto, como a topologia está inerentemente incorporada no próprio entrelaçamento, ela permaneceu completamente intacta,” contou Kleine. “Os blocos de construção físicos em si são frágeis, mas a topologia construída sobre eles é indestrutível.”
A equipe acredita que esta descoberta reabrirá os caminhos para a comunicação segura usando uma propriedade multidimensional da luz que está prontamente disponível, uma rota que estava meio abandonada porque não se acreditava que ela tivesse aplicações práticas. Melhor ainda, esses estados podem ser facilmente ampliados para dimensões mais altas, proporcionando ainda mais segurança na comunicação em condições do mundo real, além da possibilidade de desfrutar do gigantesco alfabeto de modos espaciais da luz.