A figura mostra o layout conceitual do dispositivo. Para cada qubit i, as guias de onda superiores e inferiores codificam a base computacional {|0⟩ i, |1⟩ i }. A preparação do estado de GHZ quadripartite ao longo da linha tracejada (pontos e cruzes codificando os estados |0101⟩ e |1010⟩, respectivamente) é condicionada ("&” e seta vermelha) à detecção de um e somente um fóton (ponto vermelho) por qubit (crédito: Quantum Information)A figura mostra o layout conceitual do dispositivo. Para cada qubit i, as guias de onda superiores e inferiores codificam a base computacional {|0⟩ i, |1⟩ i }. A preparação do estado de GHZ quadripartite ao longo da linha tracejada (pontos e cruzes codificando os estados |0101⟩ e |1010⟩, respectivamente) é condicionada ("&” e seta vermelha) à detecção de um e somente um fóton (ponto vermelho) por qubit (crédito: Quantum Information)
Ao contrário dos sistemas clássicos de criptografia, os sistemas quânticos oferecem segurança baseada em princípios físicos, garantindo a detecção de espionagem ou interferência pela alteração inevitável dos estados quânticos envolvidos.
A comparação entre os dois sistemas é impressionante, visto que supercomputadores clássicos podem levar milhares de anos para quebrar códigos criptográficos robustos, enquanto computadores quânticos poderão decifrar esses códigos em segundos. Isso ressalta a necessidade urgente de desenvolver e implementar protocolos de segurança quântica imunes a tais capacidades, como aponta o pesquisador Paulo Henrique Dias Ferreira, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).
Durante seu pós-doutorado no Politecnico di Milano, na Itália, Ferreira contribuiu significativamente para a geração e caracterização de estados entrelaçados GHZ de quatro fótons em um chip fotônico. O estudo foi publicado no periódico Quantum Information do grupo Nature, representando um marco no aperfeiçoamento e integração de dispositivos para comunicação quântica segura e eficiente.
Os circuitos foram escritos em um chip de vidro por meio de laser de femtossegundos, criando guias de onda tridimensionais que permitem a manipulação precisa dos fótons. Essa produção utilizando matriz vítrea foi escolhida por sua fácil prototipagem e reconfigurabilidade dos circuitos, possibilitando ajustes finos essenciais para a formação da superposição desejada.
O dispositivo em criptografia, baseado no estado entrelaçado GHZ, oferece a segurança necessária para implementar sistemas de compartilhamento secreto quântico, detectando imediatamente qualquer tentativa de acesso não autorizado. Ferreira destaca a aplicação desses estados em transações comerciais como uma solução robusta para proteção de dados sensíveis em um mundo digital e interconectado.
A pesquisa demonstrou a viabilidade de gerar estados entrelaçados GHZ de alta fidelidade em um chip fotônico, abrindo caminho para a produção de dispositivos quânticos em escala e a integração desses sistemas em infraestruturas de comunicação e computação, proporcionando uma nova era de segurança e eficiência. O estudo foi apoiado pela FAPESP por meio de bolsa de pesquisa no exterior.
O artigo High-fidelity four-photon GHZ states on chip está disponível em: www.nature.com/articles/s41534-024-00830-z.
Informações da Agência FAPESP
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