Pesquisadores chineses criam chip de silício capaz de gerar emaranhamento quântico de alta dimensão

Pesquisadores chineses desenvolveram um chip quântico fotônico de silício capaz de gerar estados emaranhados multipartidos de alta dimensão, marcando um novo passo no desenvolvimento de tecnologias quânticas escaláveis.

A equipe de pesquisa criou com sucesso estados emaranhados GHZ e W de três partes e quatro dimensões, com fidelidades de 93,2% e 90,1%, respectivamente. Os resultados demonstram uma nova abordagem para produzir sistemas quânticos complexos de alta dimensão e ampliar suas aplicações potenciais, conforme relatado pelo Global Times, parceiro da TV BRICS.

O emaranhamento quântico é um dos fenômenos centrais das tecnologias quânticas: ele permite que partículas permaneçam conectadas entre si mesmo quando estão separadas por grandes distâncias. A pesquisa tradicional nessa área tem se concentrado em sistemas de duas dimensões. O emaranhamento de alta dimensão, porém, vai além. Ele é capaz de carregar mais informação e de tornar a transmissão de dados quânticos mais estável e mais precisa.

Um qubit convencional possui dois estados básicos, geralmente representados como 0 e 1. Unidades de informação quântica de alta dimensão podem conter estados adicionais. Por exemplo, uma unidade quântica tetradimensional inclui quatro estados básicos: 0, 1, 2 e 3.

Em comparação com o emaranhamento bidimensional tradicional, os sistemas de alta dimensão oferecem maior capacidade de informação, maior resistência a interferências e melhor eficiência no processamento de informação quântica. Eles também podem ajudar a simplificar arquiteturas de computação quântica e aumentar o desempenho computacional.

Durante o estudo, os pesquisadores desenvolveram uma definição universal de estados emaranhados W de alta dimensão, ampliando o arcabouço teórico para o projeto de sistemas quânticos maiores. A abordagem pode ser aplicada a diferentes números e dimensões de unidades de informação quântica, fornecendo uma base para o desenvolvimento futuro de tecnologias quânticas de alta dimensão.

A equipe também propôs um método escalável — ou seja, capaz de ser ampliado — para gerar estados emaranhados de alta dimensão. O método combina diferentes estados distinguíveis de fótons individuais com medições quânticas retardadas. Na prática, isso permite que um único fóton carregue várias unidades de informação quântica sem perder o emaranhamento.

Para testar a tecnologia, os cientistas realizaram experimentos utilizando um chip quântico fotônico de silício programável medindo 16 por 1,5 milímetros. Um fóton carregava duas unidades de informação quântica, enquanto outro carregava uma terceira unidade. Juntas, as três unidades formaram um sistema quântico de três partes e quatro dimensões.

Os pesquisadores geraram com sucesso tanto estados emaranhados GHZ quanto W, demonstrando o potencial da abordagem para a criação de sistemas quânticos maiores. O trabalho combina desenvolvimento teórico com implementação prática baseada em chip, fornecendo uma base para avanços futuros em comunicação quântica, computação quântica e medição de precisão.