Os pesquisadores descrevem como controlar várias propriedades da luz simultaneamente, incluindo polarização, modos espaciais e frequência, possibilita a criação de estados quânticos de alta dimensão. Nesse contexto, qubits padrão (bidimensionais, com fótons em superposição de dois estados quânticos) são substituídos por qudits (com mais de duas dimensões). Essa mudança expande enormemente o que os sistemas quânticos podem fazer e abre novos caminhos em várias áreas da ciência e tecnologia.

Na comunicação quântica, esses fótons de alta dimensão aumentam a segurança ao compactar mais informações em cada partícula de luz. Eles também permitem que muitos canais de comunicação operem simultaneamente, ao mesmo tempo que melhoram a tolerância a erros e ruídos de fundo. Para a computação quântica, a luz estruturada pode simplificar o design de circuitos e acelerar o processamento, enquanto possibilita a criação de estados quânticos complexos necessários para simulações avançadas.

Avanços em Imagem, Sensoriamento e Pesquisa de Materiais

A luz estruturada quântica também está impulsionando o progresso em imagem e medição. Os pesquisadores apontam para técnicas de resolução aprimoradas — 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 utilizada para simular sistemas quânticos complexos, ajudando os cientistas a modelar como moléculas interagem dentro de redes e potencialmente guiando a descoberta de novos materiais.

Duplo Década de Progresso Rápido

De acordo com o Professor Andrew Forbes, autor correspondente da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo, o campo evoluiu dramaticamente nos últimos 20 anos. “A modelagem de estados quânticos, onde a luz quântica é projetada para um propósito específico, ganhou ritmo recentemente, finalmente começando a mostrar todo o seu potencial. Vinte anos atrás, o toolkit para isso era virtualmente vazio. Hoje temos fontes em chip de luz quântica estruturada que são compactas e eficientes, capazes de criar e controlar estados quânticos.”

Apesar desse impulso, ainda existem desafios. “Embora tenhamos feito um progresso incrível, ainda existem questões desafiadoras”, diz Forbes. “O alcance de distância com luz estruturada, tanto clássica quanto quântica, permanece muito baixo, mas isso também é uma oportunidade, estimulando a busca por graus de liberdade mais abstratos a serem explorados.”

Da Curiosidade Científica a Ferramenta Prática

O pesquisador Adam Vallés, do Grupo de Óptica do Departamento de Física da UAB, afirma que o campo chegou a um momento crítico. “Estamos em um ponto de virada: a luz estruturada quântica não é mais apenas uma curiosidade científica, mas uma ferramenta com real potencial de transformar comunicação, computação e processamento de imagens.” Vallés enfatiza o papel da UAB como uma importante contribuinte para esse progresso por meio de sua colaboração com Forbes, citando “avanços de grande impacto internacional, como a teletransporte estimulado de informação quântica codificada em altas dimensões, o design de cavidades a laser para gerar estados complexos de alta pureza e, na área da criptografia, a distribuição de chaves quânticas robustas frente a obstáculos que bloqueiam canais de comunicação.”

Uma Colaboração Global Apoiada pela Catalunha

O artigo de revisão, apresentado como o artigo de capa da edição de novembro de 2025 da Nature Photonics, reflete uma parceria de longa data entre Vallés e o grupo de pesquisa em luz estruturada liderado por Forbes na Faculdade de Física da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo, África do Sul. O trabalho também contou com o apoio da 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 nas ciências e tecnologias quânticas em toda a região.