Complexidade aumenta eficiência de comunicação quântica

destaque 2018 12 13

Uma equipe internacional de físicos de instituições do Brasil, Chile e Suíça analisaram a eficiência de sistemas de comunicação que utilizam fenômenos puramente quânticos para codificar, transmitir e processar informação. Os pesquisadores descobriram que quanto mais complexo for o fenômeno quântico utilizado pelo sistema, maior a sua eficiência. Por um estudo teórico e experimentos, o físico Breno Marques da Universidade Federal do ABC (UFABC) e seus colegas mostraram em que condições um sistema de comunicação puramente quântico supera a eficiência de um sistema clássico auxiliado pelo fenômeno quântico do emaranhamento.

Os pesquisadores compararam dois cenários diferentes. No primeiro, duas partes separadas recebem e transmitem informação entre si por meio de um sistema de comunicação clássica. O conjunto de dados de informação das partes, porém, é correlacionado pelo fenômeno quântico do emaranhamento, o que aumenta a eficiência da comunicação em relação a um sistema puramente clássico. No segundo cenário, tanto os dados, quanto o sistema pelo qual são comunicados são realizados por sistemas quânticos. O estudo mostrou que a eficiência do segundo cenário supera a do primeiro quando o sistema quântico utilizado possui seis ou mais dimensões.

"A análise numérica desse problema mostra que, para dimensões acima de seis, o caso do envio por um sistema quântico é mais eficiente que o caso assistido pelo emaranhamento", explica Marques. "O trabalho demonstra que há casos de problemas de comunicação quântica em que é melhor usar estratégias que não envolvam o emaranhamento".

Os resultados foram verificados em experimentos realizados no laboratório do físico Gustavo Lima, na Universidade de Concepción, no Chile. Lima e Marques colaboraram com Daniel Martínez e Mauricio Casanova, da Universidade de Concepción, Gustavo Cañas, da Universidade de Bio-Bio, em Concepción, e Armin Tavakoli, da Universidade de Genebra, Suíça. A equipe utilizou um sistema de comunicação quântica codificando informação pelo estado de momento transversal de um fóton. A dimensão do sistema era controlada pelo número de fendas que um fóton atravessava. "Fizemos medidas para dimensões seis, sete, oito, nove e dez", diz Marques. "Mostramos que para todos esses casos superamos o máximo de eficiência que é possível usando emaranhamento".

Artigo científico
High-Dimensional Quantum Communication Complexity beyond Strategies Based on Bell’s Theorem
Daniel Martínez, Armin Tavakoli, Mauricio Casanova, Gustavo Cañas, Breno Marques e Gustavo Lima
Phys. Rev. Lett. 121, 150504arXiv:1807.04622

Igor Zolnerkevic 
Assessor de comunicação SBF