Teletransporte experimental: qubit fotônico para qubit atômico

Na PRA, em 17 de janeiro, apareceu o artigo: "Structured near-optimal channel-adapted quantum error correction," por Andrew S. Fletcher, Peter W. Shor e Moe Z. Win (também disponível como arXiv:0708.3658). Este artigo trata de um desenvolvimento avançado da teoria de correção de erros, agora tentando diminuir o "overhead" devido ao sempre crescente número de qubits auxiliares para códigos longos. Minha sugestão para quem quer se aventurar por esta área é ler lentamente este artigo e, conforme forem aparecendo referências, lê-las também. Nós aqui no IFSC, embora apreciemos os esforços na área de correção de erros, estamos mais envolvidos com a prevenção de erros que o desacoplamento dinâmico proporciona.

Eis outro artigo que apareceu na PRA em 17 de janeiro: "Influence of the thermal environment on entanglement dynamics in small rings of qubits," por Nikola Burić. Este artigo usa difusão de estado quântico para estudar a dinâmica do emaranhamento em anéis de spins sob o efeito de um ambiente térmico. O autor adota, portanto, uma aproximação markoviana para descrever a interação entre os qubits e o ambiente. Como não é segredo de ninguém, estivemos envolvidos também com aplicações do método de difusão de estado quântico aqui no IFSC. Há um livro que utilizamos e que pode ser útil para quem quer uma introdução à arte: "Quantum State Diffusion," por Ian Percival. Se obter o livro for difícil, há uma boa descrição resumida em arXiv:quant-ph/9701024 [quant-ph], por Nicolas Gisin e Ian C Percival.

Em 18 de janeiro apareceu, na PRA, uma esta "Rapid Communication": "Correctable noise of quantum-error-correcting codes under adaptive concatenation," por Jesse Fern (também disponível como arXiv:quant-ph/0703258). Este artigo também é bastante avançado e trata de códigos de correção de erros.

Finalmente, em 20 de janeiro, apareceu este belo experimento na Nature Physics: "Memory-built-in quantum teleportation with photonic and atomic qubits," por Yu-Ao Chen, Shuai Chen, Zhen-Sheng Yuan, Bo Zhao, Chih-Sung Chuu, Jörg Schmiedmayer e Jian-Wei Pan (também disponível como arXiv:0705.1256). Neste artigo os autores descrevem como conseguiram teletransportar um qubit fotônico arbitrário a um qubit atômico, que permanece disponível por 8 microssegundos. Utilizam dois MOT's e dois feixes laser que os atravessam. Os átomos são Rb 87 que possuem três níveis em uma disposição lambda. Um dos dois níveis fundamentais fica acima do outro e a idéia é produzir fótons anti-stokes no início. Com isto, há um emaranhamento inicial entre o estado de polarização de um fóton e o estado dos dois MOT's. Este fóton inicial é combinado com o fóton que carrega o qubit a ser teletransportado, codificado em termos de seu estado de polarização. As combinações envolvidas neste trabalho são obtidas com divisores de feixe, polarizados ou não. Com medições que colapsam os fótons em um estado de Bell, o teletransporte é produzido e o estado fotônico a ser teletransportado acaba por ficar armazenado no qubit atômico dos dois MOT's. É muito engenhoso, principalmente o fato de que o qubit atômico fica armazenado em apenas um dos átomos de um dos dois MOT's, mas de forma indeterminada e, portanto, formando uma superposição de estados.
Outro experimento relevante para implementações em estado sólido apareceu na Nature de 24 de janeiro: "Optical pumping of a single hole spin in a quantum dot," por Brian D. Gerardot, Daniel Brunner, Paul A. Dalgarno, Patrik Vhberg, Stefan Seidl, Martin Kroner, Khaled Karrai, Nick G. Stoltz, Pierre M. Petroff e Richard J. Warburton. O spin eletrônico em um quantum dot sofre descoerência principalmente por causa da interação com os muitos spins nucleares à sua volta. Já um buraco, que também possui spin, interage pouco com os núcleos ao redor, resultando em um qubit muito mais coerente do que um elétron.