Uma equipa de investigação da Universidade de Quioto e da Universidade de Hiroshima, no Japão, conseguiu implementar com sucesso um método de medição de emaranhamento capaz de identificar o estado W de três fotões. Esta é a primeira vez que tal medição é realizada para o estado W, 25 anos após a proposta da medição de emaranhamento para o estado GHZ. O estado W é um dos principais tipos de emaranhamento multifotónico e, até agora, não podia ser identificado através de uma única medição de emaranhamento.
O emaranhamento quântico é uma das características mais peculiares do mundo quântico. Descreve a correlação profunda entre partículas como fotões, de tal forma que o sistema deve ser tratado como um todo. Esta visão entra em conflito com a noção da física clássica de que cada partícula existe independentemente. O emaranhamento tornou-se um elemento central para tecnologias futuras como a computação quântica, a comunicação quântica e o teletransporte quântico. Para construir estas tecnologias, os cientistas precisam de métodos fiáveis para determinar com precisão o tipo de estado emaranhado que foi produzido. O método padrão, a tomografia quântica, pode estimar o estado quântico, mas à medida que o número de fotões aumenta, o número de medições necessárias cresce exponencialmente, criando um sério gargalo. A medição de emaranhamento, por outro lado, pode identificar um estado emaranhado específico de uma só vez. Anteriormente, os cientistas já tinham implementado este tipo de medição para o estado GHZ, mas o estado W permanecia um desafio por resolver.
A equipa de investigação focou-se na simetria de deslocamento cíclico do estado W e, utilizando esta propriedade, propôs um circuito quântico fotónico capaz de executar uma transformada de Fourier quântica em estados W com um número arbitrário de fotões, convertendo a estrutura oculta num sinal mensurável. Construíram um dispositivo para três fotões usando um circuito quântico ótico altamente estável, um sistema capaz de operar por longos períodos sem controlo ativo. Os investigadores injetaram três fotões únicos no dispositivo com estados de polarização cuidadosamente escolhidos, e o dispositivo distinguiu com sucesso diferentes tipos de estados W de 3 fotões, cada um representando correlações não clássicas específicas entre os três fotões incidentes. A equipa também avaliou a fidelidade da medição de emaranhamento, ou seja, a probabilidade de o dispositivo dar o resultado correto quando a entrada é um estado W puro.
"Mais de 25 anos após a proposta inicial da medição de emaranhamento para o estado GHZ, finalmente obtivemos também a medição de emaranhamento para o estado W, com uma demonstração experimental real para o estado W de três fotões", afirmou Shigeki Takeuchi, autor correspondente do estudo. Esta conquista poderá impulsionar o desenvolvimento do teletransporte quântico, de novos protocolos de comunicação quântica e da computação quântica baseada em medições. Takeuchi acrescentou: "Para acelerar a investigação e o desenvolvimento em tecnologia quântica, é crucial aprofundar a compreensão dos conceitos fundamentais para propor ideias inovadoras." Este trabalho faz avançar a comunicação quântica e os sistemas quânticos fotónicos de demonstrações laboratoriais para plataformas mais escaláveis. Após a investigação sobre o estado W em 2025, o progresso na área continuou: no final de 2025, investigadores realizaram teletransporte quântico totalmente fotónico usando fotões de diferentes pontos quânticos; em 2026, outra equipa reportou um chip fotónico integrado capaz de gerar, manipular e medir emaranhamento de estados cluster multipartidos; no mesmo ano, investigadores testaram uma rede quântica de três nós em cabos de fibra ótica em Nova Iorque, utilizando troca de emaranhamento para ligar enlaces quânticos. Estes avanços sublinham a necessidade contínua de medições de emaranhamento precisas. A equipa da Universidade de Quioto e da Universidade de Hiroshima planeia estender o método a estados de emaranhamento multifotónicos maiores e mais gerais, e desenvolver circuitos quânticos fotónicos em chip para medição de emaranhamento.
Detalhes da publicação: Título: "Quantum breakthrough could revolutionize teleportation and computing"; Publicado em: Science Advances (2025); Informação da revista: Science Advances