Redes quânticas avançadas podem se tornar o protótipo de uma internet quântica

Uma das redes quânticas mais complexas construídas até hoje permite que 18 pessoas se comuniquem com segurança graças ao poder da física quântica. Os pesquisadores por trás do estudo dizem que ele oferece um caminho prático para a construção de uma Internet quântica global, mas alguns estão céticos.

A tão prometida internet quântica permitiria que computadores quânticos se comunicassem por longas distâncias, trocando partículas de luz chamadas fótons, que foram interligadas por meio de emaranhamento quântico. Isso também permitiria que redes de sensores quânticos fossem conectadas ou que computadores clássicos enviassem e recebessem comunicações invioláveis. Mas unir o mundo quântico não é tão fácil quanto colocar fios, porque garantir que um nó da rede possa ser emaranhado com outro nó é um desafio.

Agora, Xianfeng Chen da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China, e colegas mostraram como vincular duas redes quânticas em uma. Primeiro, eles construíram duas redes, cada uma com 10 nós, todas compartilhando o emaranhado quântico – na verdade, duas versões menores da Internet quântica. Eles então sacrificaram um nó de cada rede para fundir os dois em uma rede maior e totalmente emaranhada, na qual cada par dos 18 nós restantes pudesse se comunicar.

Conectar 18 computadores clássicos seria uma tarefa simples, exigindo apenas componentes muito baratos, mas no mundo quântico, isso envolve o compartilhamento de fótons individuais entre muitos usuários com um tempo tão preciso que requer tecnologia e conhecimento de ponta. Embora a comunicação entre um par de dispositivos seja complexa, permitir a comunicação de qualquer par de 18 usuários é algo sem precedentes.

“Nossa abordagem oferece capacidades importantes para a comunicação quântica entre redes e é útil para construir uma Internet quântica em grande escala que permita a comunicação entre todos os usuários”, escreveram os pesquisadores, que não responderam a um pedido de comentário, em um artigo sobre seu trabalho.

A fusão dessas redes, como explicam os pesquisadores, requer um processo denominado troca de emaranhamento. Os fótons podem ser emaranhados quânticamente através da realização de certas observações chamadas medições de Bell. Medir simultaneamente o estado de um fóton de cada um dos dois pares de fótons emaranhados liga efetivamente os dois fótons mais distantes da cadeia, mas usa o fóton medido, pois qualquer tentativa de examinar seu estado diretamente destruiria o frágil equilíbrio quântico.

“Esta não é a primeira vez que a troca de emaranhamento é demonstrada”, disse ele Siddharth Joshi na Universidade de Bristol, Inglaterra. “O que eles fizeram foi criar um esquema onde você pode trocar entre redes de uma forma mais conveniente.”

Joshi disse que a pesquisa atual em comunicações quânticas está dividida entre o envio de informações entre dois dispositivos em distâncias cada vez mais longas, às vezes até com um único dispositivo em um satélite, e a tentativa de criar protocolos e métodos para conectar de forma confiável vários dispositivos em distâncias curtas. Este estudo se enquadra neste último grupo. “Ambos são muito importantes”, disse ele.

Mas Jovem Roberto da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, disse que, embora o resultado seja uma conquista técnica fenomenal que requer enormes habilidades e recursos, ele acredita que seu custo e complexidade tornam improvável que a tecnologia sirva como protótipo para futuras redes quânticas em larga escala.

“Isso está muito longe de ser prático e longe de qualquer coisa que possa ser aplicada no mundo real”, disse Young. “A afirmação deste artigo é que este é o futuro de como você pode combinar redes quânticas, mas há tantos desafios a superar para conseguir isso que é frustrante.”

Um problema é a necessidade dos chamados repetidores quânticos para transmitir informações por longas distâncias. Cada vez mais fotões são perdidos num cabo de fibra óptica à medida que a distância aumenta, e como a informação quântica não pode ser lida e retransmitida – porque as medições destroem o estado do fotão – o sinal não pode ser amplificado ao longo do seu caminho. Um repetidor quântico funcional permitiria que os sinais fossem transmitidos por distâncias maiores, mas esses dispositivos têm se mostrado difíceis de construir.

“Na prática, ao construir redes quânticas, sabemos que realmente precisamos de algum tipo de repetidor quântico”, disse Young – algo que esta demonstração de rede não aborda.