O futuro das comunicações pode muito bem depender de uma tecnologia quântica capaz de se integrar às nossas infraestruturas existentes. Engenheiros da Universidade da Pensilvânia realizaram um experimento pioneiro ao transmitir sinais quânticos através de cabos de fibra ótica comerciais, utilizando o mesmo protocolo de Internet (IP) que rege a web atual.
Este avanço demonstra que as redes quânticas poderão um dia coexistir com a internet clássica, abrindo caminho para aplicações nunca antes vistas.
Um nó da rede quântica, localizado a cerca de um quilómetro da fonte no cabo Verizon.
Crédito: Sylvia Zhang
No centro desta inovação encontra-se um minúsculo chip chamado "Q-chip", que gere tanto dados quânticos quanto clássicos. Ele funciona com a linguagem IP padrão, permitindo rotear informações de maneira similar à internet tradicional. Os sinais quânticos baseiam-se em partículas "entrelaçadas", um fenômeno onde duas partículas estão ligadas de tal forma que uma ação sobre uma afeta instantaneamente a outra, mesmo à distância. Esta propriedade poderá permitir que computadores quânticos se conectem e partilhem sua capacidade de computação.
Um dos maiores desafios era preservar o estado quântico frágil durante a transmissão, pois qualquer medição direta o destrói. A equipa contornou este problema enviando um sinal clássico imediatamente antes do sinal quântico, atuando como uma locomotiva a puxar vagões selados. O sinal clássico, mensurável sem danos, guia o pacote inteiro graças aos protocolos IP, enquanto a informação quântica permanece intacta e protegida.
As condições reais das redes comerciais, com suas variações de temperatura e vibrações, normalmente ameaçam os sinais quânticos. Os investigadores desenvolveram um método inovador de correção de erros: ao analisar as perturbações no sinal clássico, deduzem e aplicam as correções necessárias ao sinal quântico sem o medir. Esta abordagem manteve uma fidelidade de transmissão superior a 97% durante os testes.
Embora limitado a uma conexão entre dois edifícios num quilómetro, este sistema abre perspetivas de expansão. O chip, fabricado em silício com técnicas padrão, poderá ser produzido em massa e integrado nas infraestruturas existentes. Para expandir a rede além das áreas metropolitanas, será necessário superar a impossibilidade atual de amplificar sinais quânticos sem quebrar seu entrelaçamento.
Este avanço lembra os primórdios da internet clássica, onde as conexões entre universidades iniciaram uma transformação mundial. Uma internet quântica poderá um dia permitir computações distribuídas ultra-rápidas, simulações de moléculas para a medicina, ou uma inteligência artificial mais eficiente. Os trabalhos, publicados na
Science, marcam uma etapa chave rumo a um futuro onde quântico e clássico coexistem.
Entrelaçamento quântico
O entrelaçamento quântico é um fenômeno onde duas partículas, como fotões, tornam-se tão estreitamente ligadas que o estado de uma influencia instantaneamente a outra, independentemente da distância que as separa. Albert Einstein apelidou-o de "ação fantasmagórica à distância" devido ao seu carácter contra-intuitivo.
Ao contrário das comunicações clássicas, que dependem de sinais que se deslocam à velocidade da luz, o entrelaçamento parece operar mais rapidamente, embora isso não permita transmitir informação mais depressa que a luz.
Nas redes quânticas, o entrelaçamento é utilizado para ligar processadores quânticos distantes. No entanto, manter este estado delicado requer ambientes controlados, pois qualquer interação com o mundo exterior pode quebrá-lo.
As aplicações potenciais incluem a criptografia quântica, onde as chaves de cifragem são geradas de forma ultra-segura, e a computação distribuída, onde vários computadores quânticos colaboram para resolver problemas insolúveis com as tecnologias atuais.
Fonte: Science