Uma rede quântica é o próximo passo para a forma como transferimos dados?
Nos últimos 20 anos vimos as conexões de Internet mudarem de conexão discada para ADSL sobre fio de cobre, para a fibra óptica de hoje. Então, o que vem a seguir para a forma como transferimos dados?
Imagine uma rede que, em vez de usar pulsos de luz para enviar sinais, utilize as propriedades dos próprios fótons. Esta é uma rede quântica, e se baseia em algo que Einstein não gostava muito. Decidido como "ação fantasmagórica à distância", significa criar um par de fótons de tal forma que, quando se mede o estado quântico de um, se conhece imediatamente a mesma propriedade do outro, por mais distantes que estejam. A transferência de informações desta forma é conhecida como teletransporte quântico, isto é suficiente para construir uma internet.
Entre essas pessoas realmente inteligentes estão a estudante de pós-graduação Samantha Davis e o Dr. Raju Valivarthi, que trabalham ambos na Divisão de Física, Matemática e Astronomia do Instituto de Tecnologia da Califórnia. Eles publicaram um artigo em 2020 detalhando como, usando "detectores de nanofios supercondutores de baixo ruído, eles foram capazes de teletransportar qubits a um comprimento de onda comumente usado em telecomunicações para baixo de fibras ópticas, com uma fidelidade de 90%. Claramente, com uma taxa de erro de 10%, eles ainda não estão lá, embora o trabalho sobre isso esteja em andamento tanto na Caltech quanto na Fermilab.
O que talvez seja mais interessante no trabalho da Caltech é a forma como ela usa componentes de rede comuns, e pode fazer interface com a Internet de hoje.
Davis, felizmente, nos explica isso de forma simples: "Digamos que Alice quer enviar um qubit para Bob. O problema é que queremos enviá-la por fibra óptica ou mesmo através de espaço livre, portanto, haverá muita perda, pois as qubits são muito, muito sensíveis ao seu ambiente". Os Qubits precisam ser mantidos isolados, caso contrário, eles se desconcertam e perdem sua utilidade geral. "Este é um problema muito grande se você quiser criar uma rede escalável, então o que você pode fazer é usar o teletransporte quântico, que alavanca o enredamento quântico para permitir o envio de qubits em distâncias maiores".
De volta a Alice e Bob, "Uma terceira pessoa chamada Charlie está a meio caminho entre Alice e Bob", diz Davis, "e o que acontece é que, como temos estes três nós, Alice enviará seu qubit, que está codificado em um fóton, para Charlie". "Bob cria um par de fótons emaranhados, guarda um e envia um para Charlie". Então agora Bob tem um membro do par de fótons emaranhados. Charlie tem o fóton de Alice e o outro fóton emaranhados de Bob. Charlie realiza uma medida especial chamada de medida Bell State sobre estas duas partículas que ele tem, e envia os resultados para Bob, que usa as informações de Charlie para recriar o qubit de Alice.
"A idéia é que Alice só enviou seu fóton a metade da distância, mas a informação foi enviada a mais do dobro dessa distância. Portanto, é o teletransporte de informações". Bem, quando se coloca dessa forma, parece que está se movendo mais rápido que a luz. Você está quebrando a física aqui? "Não". Então. "Você ainda precisa enviar o estado completamente", diz Davis. "Você tem que se comunicar classicamente, para que isso não viole nenhuma das leis".
"Uma internet quântica tem vários nós", diz Valivarthi. "E todos eles têm algum tipo de poder de processamento de informações quânticas". Todos eles estão conectados uns aos outros, e o que isso significa é que eles são capazes de comunicar informações quânticas entre si. Uma vez que você seja capaz de fazer isso, então você será capaz de fazer algumas coisas legais".
"Enquanto com a criptografia clássica estamos confiando em algo que é muito, muito difícil, mas não fisicamente impossível de resolver, como o fator de grandes números primos, com esta comunicação quântica estamos confiando em algo que é fisicamente impossível de resolver", diz Davis. "Portanto, desde que as leis da mecânica quântica sejam válidas, temos uma comunicação segura". A teoria quântica é a teoria da física mais bem testada, por isso estamos bastante confiantes".