Por mais de 25 anos, físicos de todo o mundo conseguiam identificar com precisão apenas um dos dois principais tipos de emaranhamento quântico de múltiplos fótons.

O segundo permanecia fora de alcance. Uma equipe das universidades de Kyoto e Hiroshima, no Japão, acaba de resolver esse problema — e o resultado pode acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos, redes quânticas e teleportação quântica.

"Mais de 25 anos após a proposta inicial sobre a medição emaranhada para estados GHZ, finalmente obtivemos a medição emaranhada para o estado W também, com demonstração experimental genuína para estados W de três fótons", disse Shigeki Takeuchi, autor correspondente do estudo.

O que é emaranhamento quântico — e por que é tão difícil de medir

O emaranhamento quântico é um dos fenômenos mais contraintuitivos da física.

Ele descreve uma situação em que partículas como fótons estão tão profundamente ligadas que suas propriedades não podem ser compreendidas individualmente.

O sistema precisa ser tratado como um todo. Essa ideia conflita diretamente com a visão clássica de que cada partícula deveria carregar sua própria realidade independente, um conflito que incomodava até Albert Einstein.

Para construir tecnologias baseadas em emaranhamento, não basta criar estados emaranhados.

É preciso também ter formas confiáveis de identificar exatamente qual tipo de estado emaranhado foi produzido.

O método padrão para isso, chamado tomografia quântica, exige um número de medições que cresce explosivamente à medida que mais fótons são adicionados ao sistema, o que cria um sério gargalo para sistemas maiores.

O estado W — e por que ele resistia

Existem dois grandes tipos de emaranhamento quântico de múltiplos fótons.

O primeiro, chamado estado GHZ (sigla para Greenberger-Horne-Zeilinger), já havia sido resolvido: cientistas demonstraram uma medição emaranhada capaz de identificá-lo em uma única leitura.

O segundo, o estado W, havia resistido a todos os esforços. Antes deste trabalho, nenhuma proposta ou demonstração experimental de medição emaranhada para estados W havia sido publicada.

A equipe japonesa encontrou o caminho ao focar em uma propriedade especial dos estados W chamada simetria de deslocamento cíclico.

Usando essa característica, os pesquisadores propuseram um circuito quântico fotônico que realiza uma transformação de Fourier quântica para estados W com qualquer número de fótons, essencialmente convertendo a estrutura oculta do estado W em um sinal mensurável.

O experimento

Para testar o método, a equipe construiu um dispositivo para três fótons usando circuitos quânticos ópticos de alta estabilidade.

O sistema foi capaz de operar por um período prolongado sem controle ativo — uma característica importante para tecnologias quânticas do futuro, que não podem depender de configurações de laboratório frágeis e constantemente ajustadas.

Os pesquisadores inseriram três fótons individuais no dispositivo em estados de polarização cuidadosamente escolhidos.

O aparelho então distinguiu diferentes tipos de estados W de três fótons, cada um representando uma correlação não clássica específica entre os três fótons de entrada.

O que está em jogo

A conquista pode ajudar a avançar a teleportação quântica (que envolve transferir informação quântica, não matéria física) além de apoiar novos protocolos de comunicação quântica e abordagens à computação quântica baseada em medições.

"Para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias quânticas, é crucial aprofundar nossa compreensão de conceitos básicos para chegar a ideias inovadoras", disse Takeuchi.

O trabalho se encaixa num movimento mais amplo para levar sistemas quânticos fotônicos de demonstrações delicadas de laboratório a plataformas mais escaláveis.

Em 2026, pesquisadores testaram uma rede quântica de três nós ao longo de cabos de fibra óptica existentes em Nova York, usando troca de emaranhamento para conectar elos quânticos em uma pequena rede — o tipo de infraestrutura que dependerá diretamente da capacidade de criar, rotear, verificar e transferir estados quânticos frágeis com precisão.

Os próximos passos

A equipe de Kyoto e Hiroshima planeja estender o método a estados emaranhados de múltiplos fótons maiores e mais gerais, além de desenvolver circuitos quânticos fotônicos em chip para medições emaranhadas.

Se esse esforço for bem-sucedido, a capacidade de ler estados quânticos complexos poderá se tornar mais rápida, menor e mais prática.

Um passo importante em direção a sistemas capazes de mover informação quântica de forma confiável por computadores e redes do futuro.