A luz quântica estruturada pode transformar a comunicação e a computação seguras
Uma equipe de pesquisa internacional que inclui cientistas da UAB publicou uma nova revisão em Fotônica da Natureza examinando um campo de rápido crescimento conhecido como luz estruturada quântica. Esta abordagem está a remodelar a forma como a informação pode ser transmitida, medida e processada, através da fusão da ciência da informação quântica com padrões de luz cuidadosamente concebidos no espaço e no tempo. O resultado são fótons que podem transportar muito mais informações do que era possível anteriormente.
Os pesquisadores descrevem como o controle de várias propriedades da luz ao mesmo tempo, incluindo polarização, modos espaciais e frequência, torna possível a criação de estados quânticos de alta dimensão. Neste quadro, os qubits padrão (bidimensionais, com fótons em superposição de dois estados quânticos) são substituídos por qudits (com mais de duas dimensões). Esta mudança expande enormemente o que os sistemas quânticos podem fazer e abre novos caminhos em muitas áreas da ciência e da tecnologia.
Na comunicação quântica, esses fótons de alta dimensão aumentam a segurança ao empacotar mais informações em cada partícula de luz. Eles também permitem que muitos canais de comunicação operem ao mesmo tempo, melhorando a tolerância a erros e ruídos de fundo. Para a computação quântica, a luz estruturada pode simplificar projetos de circuitos e acelerar o processamento, ao mesmo tempo que permite a criação de estados quânticos complexos necessários para simulações avançadas.
Avanços na pesquisa de imagens, detecção e materiais
A luz quântica estruturada também está impulsionando o progresso em imagens e medições. Os investigadores apontam para técnicas de resolução melhoradas – como o recente desenvolvimento do microscópio quântico holográfico, que permite obter imagens de amostras biológicas delicadas – juntamente com sensores extremamente sensíveis que dependem de correlações quânticas. Além dessas aplicações, a luz estruturada pode ser usada para simular sistemas quânticos complexos, ajudando os cientistas a modelar como as moléculas interagem dentro das redes e potencialmente orientando a descoberta de novos materiais.
Duas décadas de rápido progresso
Segundo o professor Andrew Forbes, autor correspondente da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo, o campo evoluiu dramaticamente nos últimos 20 anos. “A adaptação de estados quânticos, onde a luz quântica é projetada para um propósito específico, ganhou ritmo ultimamente, finalmente começando a mostrar todo o seu potencial. Há vinte anos, o kit de ferramentas para isso estava praticamente vazio. Hoje temos fontes de luz quântica estruturada no chip que são compactas e eficientes, capazes de criar e controlar estados quânticos.”
Apesar desta dinâmica, os desafios permanecem. “Embora tenhamos feito progressos surpreendentes, ainda existem questões desafiadoras”, diz Forbes. “O alcance da distância com luz estruturada, tanto clássica quanto quântica, permanece muito baixo, mas esta também é uma oportunidade, estimulando a busca por graus de liberdade mais abstratos para explorar.”
Da curiosidade científica à ferramenta prática
O pesquisador Adam Vallés, do Grupo de Óptica do Departamento de Física da UAB, afirma que a área chegou a um momento crítico. “Estamos num ponto de viragem: a luz estruturada quântica já não é apenas uma curiosidade científica, mas uma ferramenta com potencial real para transformar a comunicação, a computação e o processamento de imagens.” Vallés enfatiza o papel da UAB como um grande contribuidor para este progresso através da sua colaboração com a Forbes, citando “avanços de grande impacto internacional, como o teletransporte estimulado de informação quântica codificada em altas dimensões, o desenho de cavidades de laser para gerar estados complexos de alta pureza e, no campo da criptografia, a distribuição de chaves quânticas robustas diante de obstáculos que bloqueiam os canais de comunicação”.
Uma colaboração global apoiada pela Catalunha
O artigo de revisão, apresentado como artigo de capa na edição de novembro de 2025 da Fotônica da Naturezareflete uma parceria de longa data entre Vallés e o grupo de pesquisa de luz estruturada liderado por Forbes na Faculdade de Física da Universidade de Witwatersrand em Joanesburgo, África do Sul. O trabalho também foi apoiado pela Catalonia Quantum Academy (CQA), uma iniciativa colaborativa coordenada pelo Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) e promovida pelo Governo da Catalunha, que visa fortalecer a educação e o desenvolvimento de talentos em ciências e tecnologias quânticas em toda a região.
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