Uma equipe de pesquisa internacional identificou novas técnicas para quantificar os recursos computacionais fornecidos pela mecânica quântica em dispositivos ópticos. Os experimentos, realizados no grupo Quantum Lab do Departamento Sapienza de Roma, envolveram também o Instituto de Fotônica e Nanotecnologias do Cnr. Os resultados, publicados na revista Science Advances, serão utilizados para implementar futuras aplicações nas áreas de metrologia, criptografia e cálculo.

Roma, 8 de novembro de 2023 – À medida que novos dispositivos quânticos crescem em tamanho e complexidade, é crucial desenvolver métodos confiáveis ​​para certificar e identificar recursos quânticos que proporcionem uma vantagem computacional eficaz, a fim de definir a melhor forma de entregá-los.

Em um novo estudo, publicado na revista Progresso dos cientistas foi mostrado como certificar as diferentes propriedades quânticas de dispositivos fotônicos integrados de complexidade crescente.

O resultado é fruto de uma colaboração científica de longa data no campo da certificação quântica entre a Universidade Sapienza de Roma, o Instituto de Fotônica e Nanotecnologias do Conselho Nacional de Pesquisa de Milão (Cnr-Ifn), a Universidade Politécnica de Milão e o Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia (INL).

Os circuitos integrados ópticos programáveis ​​estão entre as principais plataformas candidatas para processamento de informações quânticas baseadas em qubit. Com efeito, permitem, por um lado, realizar experiências destinadas a verificar as propriedades fundamentais da mecânica quântica e, por outro lado, implementar dispositivos para aplicações futuras nos domínios da metrologia, da criptografia e do cálculo.

Os experimentos, liderados por Fabio Sciarrino de Sapienza e realizados no grupo Quantum Lab da Universidade, certificaram a presença de características quânticas autênticas como contextualidade e coerência em um circuito óptico integrado programável. A metodologia seguida é a desenvolvida pela equipa teórica liderada por Ernesto Galvão do INL em Portugal.

“O uso de um chip fotônico totalmente integrado e programável melhora a precisão e consistência do processo de caracterização, proporcionando potencial para implementação desses dispositivos em aplicações práticas”, comenta Roberto Osellame, diretor de pesquisa do Cnr-Ifn.

“Nosso trabalho – acrescenta Taira Giordani, pesquisadora da Sapienza e membro da equipe do Quantum Lab – é a primeira aplicação experimental desta técnica para quantificar os recursos computacionais fornecidos pela mecânica quântica em dispositivos ópticos”.

Mas as técnicas desenvolvidas também permitiram verificar a vantagem quântica em aplicações práticas como a imagem quântica. Os sistemas de imagem, graças a certas correlações quânticas, permitem obter uma resolução que ultrapassa os limites da óptica clássica, encontrando aplicações em diversos campos da metrologia e sensores.

“Nossos resultados – conclui Fabio Sciarrino, líder do grupo do Quantum Lab em Sapienza – motivam a busca por novas técnicas para o estudo de recursos não clássicos. Esperamos que este trabalho estimule a pesquisa sobre a futura certificação de dispositivos ópticos que exploram estados quânticos de luz cada vez mais complexos.

Esta linha de investigação é apoiada pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Quântica (NQSTI), financiamento italiano para investigação fundamental em tecnologias quânticas, pela ERC Advanced Grant QU-BOSS, pelo projecto Horizon Europe FoQaCiA e pela FCT – Fundação para a Ciência e Tecnologia de Portugal.