Nova internet tecida a partir de links quânticos “assustadores” pode turbinar a ciência e o comércio

Bilhões de dólares foram investidos em pesquisas sobre computadores quânticos e sensores, mas muitos especialistas dizem que os dispositivos só irão florescer quando forem unidos uns aos outros por longas distâncias.

Por meio do emaranhamento, uma estranha propriedade mecânica quântica outrora ridicularizada por Albert Einstein como um “ efeito distante assustador ”, os pesquisadores pretendem criar links íntimos e instantâneos através de longas distâncias. Uma internet quântica poderia unir telescópios em matrizes com resolução ultra-alta, sincronizar relógios com precisão, gerar redes de comunicação hiperseguras para finanças e eleições e possibilitar a computação quântica de qualquer lugar. Também pode levar a aplicativos que ninguém ainda sonhou.

No entanto, colocar esses elos frágeis no mundo quente e agitado não será fácil. A maioria dos fios que existem hoje pode enviar fótons emaranhados para receptores separados por apenas dezenas de quilômetros. E os links quânticos são passageiros, destruídos à medida que os fótons são recebidos e medidos. Os pesquisadores sonham em manter o emaranhamento indefinidamente, usando fluxos de fótons para tecer conexões quânticas duradouras em todo o globo.

Para isso, eles precisarão do equivalente quântico dos repetidores ópticos, os componentes das redes de telecomunicações atuais que mantêm os sinais de luz fortes em milhares de quilômetros de fibra óptica. Várias equipes já demonstraram elementos-chave de repetidores quânticos e dizem que estão no caminho certo para construir redes estendidas.

Recentemente, com a computação quântica começando a se tornar uma realidade, as redes quânticas começaram a se impor aos holofotes. Para fazer algo útil, um computador quântico exigirá centenas de bits quânticos, ou qubits – ainda muito além dos números de hoje. Mas as redes quânticas podem começar a provar seu valor assim que alguns nós distantes estiverem confiavelmente emaranhados. “Não precisamos de muitos qubits para fazer algo interessante”, diz Stephanie Wehner, líder de pesquisa da divisão de internet quântica da Delft University of Technology (TU Delft).

As primeiras redes capazes de transmitir fótons individuais emaranhados começaram a tomar forma. Um relatório de 2017 da China foi um dos mais espetaculares: um satélite quântico chamado Micius enviou pares de partículas emaranhadas para estações terrestres a 1200 quilômetros de distância.

A indústria e o governo estão começando a usar esses primeiros links para comunicação segura por meio de um método chamado distribuição quântica de chaves, geralmente abreviado como QKD. O QKD permite que duas partes compartilhem uma chave secreta, fazendo medições simultâneas em pares de fótons emaranhados. A conexão quântica mantém a chave protegida de adulteração ou espionagem, porque qualquer medição intermediária destruiria o emaranhamento; as informações criptografadas com a chave percorrem os canais comuns. O QKD é usado para garantir algumas eleições suíças e os bancos o testaram.

Uma rede quântica completa visa mais alto. Não iria apenas transmitir partículas emaranhadas; ela “distribui o emaranhamento como um recurso”, diz Neil Zimmerman, físico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, permitindo que dispositivos sejam emaranhados por longos períodos, compartilhando e explorando informações quânticas.

As aplicações práticas incluem eleições ultrasseguras e comunicação à prova de hack em que a própria informação – e não apenas uma chave secreta para decodificá-la, como no QKD – é compartilhada entre nós emaranhados. O entrelaçamento pode sincronizar relógios atômicos e evitar atrasos e erros que se acumulam conforme as informações são enviadas entre eles. E pode oferecer uma maneira de conectar computadores quânticos, aumentando seu poder. Os computadores quânticos do futuro próximo provavelmente estarão limitados a algumas centenas de qubits cada, mas, se emaranhados, podem ser capazes de lidar com cálculos mais sofisticados.

Fonte: ScienceMag

Créditos da imagem: Matteo Pompili para QuTech