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Ciência e Tecnologia

Avanços na Memória Quântica Impulsionam Rede de Internet Global Inviolável

Pesquisadores que buscam criar uma versão segura da internet quântica receberam um impulso de dois desenvolvimentos no armazenamento de informações quânticas que poderiam, um dia, tornar possível a comunicação segura por centenas ou milhares de quilômetros. A internet como a conhecemos hoje envolve o envio de sequências de bits digitais, ou 0s e 1s, na forma de sinais elétricos ou ópticos, para transmitir informações. Uma internet quântica, que poderia ser usada para enviar comunicações à prova de violação ou conectar computadores quânticos, usaria bits quânticos em vez disso.  Esses bits dependem de uma propriedade quântica chamada emaranhamento, um fenômeno no qual partículas podem estar vinculadas e medir uma partícula influencia instantaneamente o estado de outra, não importa quão distantes estejam.

Enviar esses bits quânticos emaranhados, ou qubits, por longas distâncias, requer um repetidor quântico, um dispositivo que pode armazenar o estado emaranhado na memória e reproduzi-lo para transmiti-lo mais adiante. Esses repetidores teriam que ser colocados em vários pontos em uma rede de longa distância para garantir que um sinal chegue de A a B sem ser degradado. Os repetidores quânticos ainda não existem, mas dois grupos de pesquisadores demonstraram recentemente uma memória de emaranhamento duradoura em redes quânticas ao longo de dezenas de quilômetros, o que são características-chave necessárias para tal dispositivo.

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Can Knaut, da Universidade Harvard, e seus colegas montaram uma rede quântica composta por dois nós separados por um laço de fibra óptica que se estende por 35 quilômetros pela cidade de Boston. Cada nó contém tanto um qubit de comunicação, usado para transmitir informações, quanto um qubit de memória, que pode armazenar o estado quântico por até um segundo. “Nosso experimento nos colocou realmente perto de trabalhar em uma demonstração de repetidor quântico”. Para estabelecer a conexão, Knaut e sua equipe emaranharam seu primeiro nó, que contém um tipo de diamante com um furo do tamanho de um átomo, com um fóton que eles enviaram para o segundo nó, que contém um diamante semelhante.

Quando o fóton chega ao segundo diamante, ele se torna emaranhado com ambos os nós. Os diamantes são capazes de armazenar esse estado por um segundo. Um repetidor quântico totalmente funcional usando tecnologia similar poderia ser demonstrado nos próximos anos, o que permitiria redes quânticas conectando cidades ou países. Em trabalhos separados, Xiao-Hui Bao, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, e seus colegas emaranharam três nós juntos, cada um separado por cerca de 10 quilômetros na cidade de Hefei. Os nós de Bao e sua equipe usam nuvens super-resfriadas de centenas de milhões de átomos de rubídio para gerar fótons emaranhados, que eles então enviaram pelos três nós.

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O nó central dos três é capaz de coordenar esses fótons para vincular as nuvens de átomos, que atuam como uma forma de memória. O avanço chave para a rede da equipe de Bao é igualar a frequência dos fótons que se encontram no nó central, o que será crucial para os repetidores quânticos conectando diferentes nós. Embora o tempo de armazenamento fosse menor que o da equipe de Knaut, em 100 microssegundos, ainda é tempo suficiente para realizar operações úteis nas informações transmitidas. Essas demonstrações de memória de emaranhamento quântico são uma grande conquista em comparação com onde as tecnologias de internet quântica estavam há 10 anos, diz Mohsen Razavi, da Universidade de Leeds, no Reino Unido.

No entanto, uma rede totalmente funcional com repetidores quânticos precisará de taxas de geração de emaranhamento mais altas, diz ele. “Isto aponta para uma rede quântica muito escalável e com grande número de usuários”, diz Alex Clark, da Universidade de Bristol, no Reino Unido. “As taxas de emaranhamento atuais são muito lentas e limitadas por várias eficiências nos sistemas, então há muita engenharia quântica e de rede clássica que terá que ser feita para reduzir essas perdas e aumentar essas eficiências”.

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