Pesquisadores de engenharia demonstraram um dispositivo que poderia servir como espinha dorsal de uma futura Internet quântica. O professor de engenharia da Universidade de Toronto, Hoi-Kwong Lo, e seus colaboradores desenvolveram um protótipo para um elemento-chave para repetidores quânticos totalmente fotônicos, uma etapa crítica na comunicação quântica de longa distância.

Uma Internet quântica é o ‘Santo Graal’ do processamento de informações quânticas, permitindo muitas aplicações novas, incluindo a comunicação segura teórica da informação. A Internet de hoje não foi projetada especificamente para segurança e mostra: hackers, invasões e espionagem de computadores são desafios comuns. Hackers nefastos estão constantemente abrindo buracos em sofisticadas camadas de defesa montadas por indivíduos, empresas e governos.

À luz disso, os pesquisadores propuseram outras formas de transmissão de dados que utilizariam os principais recursos da física quântica para fornecer criptografia praticamente inquebrável. Uma das tecnologias mais promissoras envolve uma técnica conhecida como distribuição de chave quântica (QKD). O QKD explora o fato de que o simples ato de detectar ou medir o estado de um sistema quântico perturba esse sistema. Por esse motivo, qualquer escuta de terceiros deixaria um rastro claramente detectável e a comunicação poderá ser abortada antes que qualquer informação sensível seja perdida.

Até agora, esse tipo de segurança quântica foi demonstrado em sistemas de pequena escala. Lo e sua equipe estão entre um grupo de pesquisadores em todo o mundo que estão preparando as bases para uma futura Internet quântica, trabalhando para enfrentar alguns dos desafios na transmissão de informações quânticas por grandes distâncias, usando comunicação por fibra óptica.

Como os sinais de luz perdem potência à medida que percorrem longas distâncias através de cabos de fibra ótica, dispositivos chamados repetidores são inseridos em intervalos regulares ao longo da linha. Esses repetidores aumentam e amplificam os sinais para ajudar a transmitir as informações ao longo da linha.

Mas a informação quântica é diferente e os repetidores existentes para a informação quântica são altamente problemáticos. Eles exigem armazenamento do estado quântico nos locais dos repetidores, tornando os repetidores muito mais propensos a erros, difíceis de construir e muito caros, porque costumam operar a temperaturas criogênicas.

Lo e sua equipe propuseram uma abordagem diferente. Eles estão trabalhando no desenvolvimento da próxima geração de repetidores, chamados repetidores quânticos totalmente fotônicos, que eliminariam ou reduziriam muitas das deficiências dos repetidores quânticos padrão. Com colaboradores da Universidade de Osaka, da Toyama e da NTT Corporation no Japão, Lo e sua equipe demonstraram a prova de conceito de seu trabalho em um artigo publicado recentemente na Nature Communications.

“Desenvolvemos repetidores totalmente fotônicos que permitem a medição adaptativa reversa no tempo”, diz Lo. “Como esses repetidores são totalmente ópticos, eles oferecem vantagens que os repetidores tradicionais – baseados na memória quântica – não oferecem. Por exemplo, esse método poderia funcionar à temperatura ambiente”.

 

Uma Internet quântica poderia oferecer aplicações impossíveis de serem implementadas na Internet convencional, como segurança impenetrável e criptografia quântica.

“Uma rede totalmente óptica é uma forma promissora de infraestrutura para comunicação rápida e com baixo consumo de energia, necessária para uma futura Internet quântica”, diz Lo. “Nosso trabalho ajuda a pavimentar o caminho para esse futuro”.