O emaranhamento quântico é uma característica peculiar do mundo quântico. Descreve uma situação em que partículas como os fótons estão tão profundamente acopladas que suas propriedades não podem ser totalmente compreendidas individualmente. Pelo contrário, o sistema deve ser considerado como um todo. Esta ideia contradiz fortemente a visão clássica de que cada partícula deveria ter a sua própria realidade independente, uma contradição que preocupava Einstein.
Hoje, o emaranhamento é mais do que um quebra-cabeça filosófico. É um componente-chave de muitas tecnologias que os investigadores esperam que definam o futuro, incluindo a computação quântica, a comunicação quântica, o teletransporte quântico e as redes quânticas.
O desafio de ler estados quânticos
Para criar estas tecnologias, os cientistas precisam de fazer mais do que criar estados presos. Você também precisa de meios confiáveis para saber exatamente que tipo de emaranhado você criou.
É aí que o problema se complica. Um método padrão chamado tomografia quântica pode inferir um estado quântico, mas o número de medições necessárias aumenta exponencialmente à medida que mais fótons são adicionados. Para sistemas compostos por muitos fótons emaranhados, isso cria uma barreira significativa.
Uma solução mais robusta seria uma medição intercalada, que pode detectar condições específicas entrelaçadas em um único disparo. Os cientistas já haviam demonstrado esse tipo de medição no estado de Greenberger Horn Zeilinger (GHZ). Mas o estado W, outro tipo importante de emaranhamento multifóton, permaneceu indefinido. Antes deste trabalho, tal medida para estados W não havia sido proposta ou demonstrada experimentalmente.
Os cientistas se concentraram no indescritível estado W.
Uma equipe da Universidade de Kyoto e da Universidade de Hiroshima decidiu resolver a peça que faltava. Seu trabalho leva a um método para realizar uma medição complexa que pode detectar o estado W com uma demonstração experimental usando três fótons.
O autor correspondente, Shigeki Takeuchi, disse: “Mais de 25 anos após a proposta inicial sobre medições emaranhadas para estados GHZ, finalmente emaranhamos medições para estados W com uma demonstração experimental real para estados W de 3 fótons”.
Essa descoberta ocorreu concentrando-se em uma propriedade especial do estado W conhecida como simetria de deslocamento cíclico. Usando essa propriedade, os pesquisadores propuseram um circuito quântico fotônico que realiza uma transformada quântica de Fourier para estados W com qualquer número de fótons. Em termos práticos, isto proporcionou-lhes uma forma de converter a estrutura oculta do estado W num sinal mensurável.
Um dispositivo estável construído a partir de luz
Para provar o conceito, a equipe construiu um dispositivo de três fótons usando circuitos ópticos quânticos altamente estáveis. O sistema foi capaz de operar por um longo período sem controle ativo, um recurso importante para futuras tecnologias quânticas que não podem contar com configurações laboratoriais frágeis e constantemente ajustadas.
Os pesquisadores injetaram três fótons únicos no dispositivo em estados de polarização cuidadosamente selecionados. O dispositivo então separa três estados diferentes do fóton W. Cada um desses estados representa uma correlação não clássica específica entre os três fótons recebidos.
A equipe também avaliou a confiabilidade das medições de interceptação. Neste caso, fidelidade refere-se à probabilidade de o dispositivo fornecer resultados corretos quando a entrada é um estado W puro.
Por que é importante para a tecnologia quântica?
A conquista pode ajudar a avançar no teletransporte quântico, que envolve mover informações quânticas de um lugar para outro sem movê-las. Poderia suportar novos protocolos de comunicação quântica, transições de estado emaranhadas de múltiplos fótons e novas abordagens para computação quântica baseada em medição.
“Para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia quântica, é importante aprofundar nossos conceitos fundamentais para gerar ideias inovadoras”, disse. disse Takeuchi.
O trabalho faz parte de um esforço mais amplo para mover a comunicação quântica e os sistemas quânticos fotônicos de delicadas demonstrações de laboratório para plataformas mais escaláveis. Desde o estudo da W State de 2025, o progresso relacionado continuou em todo o campo. Até o final de 2025, os pesquisadores demonstraram o teletransporte quântico totalmente fotônico usando fótons de pontos quânticos individuais em uma rede urbana híbrida. Em 2026, outra equipe irá relatar um chip fotônico integrado capaz de gerar, manipular e medir o emaranhamento de estados.
