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O uso de uma chave seletiva de comprimento de onda programável pode ajudar a aumentar o número de usuários em uma rede quântica sem aumentar a perda de fótons do dispositivo de comutação. Crédito: Purdue University Imagem: Navin Lingaraju

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Quando os computadores quânticos se tornarem mais poderosos e difundidos, eles precisarão de uma Internet quântica robusta para se comunicar.

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Os engenheiros da Purdue University resolveram um problema que impede o desenvolvimento de redes quânticas grandes o suficiente para oferecer suporte confiável a mais do que um punhado de usuários.

O método, demonstrado em um artigo publicado na Optica, pode ajudar a estabelecer as bases para quando um grande número de computadores quânticos, sensores quânticos e outras tecnologias quânticas estiverem prontos para ficar online e se comunicarem entre si.

A equipe implantou um switch programável para ajustar a quantidade de dados que vai para cada usuário, selecionando e redirecionando comprimentos de onda de luz que transportam os diferentes canais de dados, tornando possível aumentar o número de usuários sem aumentar a perda de fótons conforme a rede fica maior.

Se os fótons são perdidos, as informações quânticas também são perdidas – um problema que tende a acontecer quando os fótons mais distantes precisam viajar pelas redes de fibra óptica.

“Mostramos uma maneira de fazer o roteamento de comprimento de onda com apenas um equipamento – um switch seletivo para comprimento de onda – para, em princípio, construir uma rede de 12 a 20 usuários, talvez até mais”, disse Andrew Weiner, professor ilustre da família Scifres de Purdue de Engenharia Elétrica e de Computação. “Abordagens anteriores exigiam a troca física de dezenas de filtros ópticos fixos ajustados para comprimentos de onda individuais, o que tornava a capacidade de ajustar as conexões entre os usuários praticamente inviável e a perda de fótons mais provável.”

Em vez de precisar adicionar esses filtros cada vez que um novo usuário ingressa na rede, os engenheiros poderiam apenas programar o switch seletivo do comprimento de onda para direcionar os comprimentos de onda de transporte de dados para cada novo usuário – reduzindo os custos operacionais e de manutenção, bem como criando uma internet quântica mais eficiente.

A chave seletora de comprimento de onda também pode ser programada para ajustar a largura de banda de acordo com as necessidades do usuário, o que não era possível com filtros ópticos fixos. Alguns usuários podem estar usando aplicativos que requerem mais largura de banda do que outros, da mesma forma que assistir a programas por meio de um serviço de streaming baseado na web usa mais largura de banda do que enviar um e-mail.

Para uma internet quântica, formar conexões entre os usuários e ajustar a largura de banda significa distribuir o emaranhamento, a capacidade dos fótons de manter uma relação mecânica quântica fixa uns com os outros, não importa quão distantes eles possam estar para conectar os usuários em uma rede. O emaranhamento desempenha um papel fundamental na computação quântica e no processamento de informações quânticas .

“Quando as pessoas falam sobre a internet quântica, é a ideia de gerar emaranhamento remotamente entre duas estações diferentes, como entre computadores quânticos”, disse Navin Lingaraju, Ph.D. da Purdue. estudante de engenharia elétrica e informática. “Nosso método muda a taxa na qual os fótons emaranhados são compartilhados entre diferentes usuários. Esses fótons emaranhados podem ser usados ​​como um recurso para emaranhar computadores quânticos ou sensores quânticos em duas estações diferentes.”

Os pesquisadores do Purdue realizaram o estudo em colaboração com Joseph Lukens, um cientista pesquisador do Oak Ridge National Laboratory. O switch seletivo do comprimento de onda que a equipe implantou é baseado em uma tecnologia semelhante usada para ajustar a largura de banda para a comunicação clássica de hoje.

O switch também é capaz de usar uma “grade flexível”, como as comunicações clássicas de ondas de luz agora usam, para dividir a largura de banda para usuários em uma variedade de comprimentos de onda e locais, em vez de ficar restrito a uma série de comprimentos de onda fixos, cada um dos quais teria um comprimento de onda fixo largura de banda ou capacidade de transporte de informações em locais fixos.

“Pela primeira vez, estamos tentando pegar algo inspirado por esses conceitos clássicos de comunicação usando equipamentos comparáveis ​​para apontar as vantagens potenciais que tem para as redes quânticas”, disse Weiner.

A equipe está trabalhando na construção de redes maiores usando o switch seletivo do comprimento de onda.

Fonte: Phys