Internet Quântica: Pesquisadores encontraram uma maneira de manter o emaranhamento de fótons em uma rede

Prometendo níveis de segurança sem precedentes, a Internet quântica está cada vez mais próxima da realidade. Os pesquisadores fizeram recentemente avanços significativos na manutenção do emaranhamento quântico, o que poderia levar à criação do primeiro relé quântico necessário para operar uma rede quântica.

O emaranhamento quântico, também conhecido como emaranhamento quântico, refere-se a um tipo de conexão que permite que as partículas permaneçam correlacionadas de tal forma que o estado quântico de uma afeta instantaneamente o estado da outra, independentemente da distância que as separa. Este fenômeno está na base da Internet quântica, cujo desenvolvimento é atualmente foco de muitas pesquisas. Uma das principais tarefas na criação da Internet do futuro é um relé quântico. Este dispositivo é necessário para manter a integridade das informações transmitidas pela rede.

Numa rede típica, os sinais que viajam longas distâncias devem ser amplificados regularmente para compensar as perdas de transmissão. Porém, em uma rede quântica, esse processo de amplificação destrói o estado das partículas. É aqui que um repetidor quântico vem em socorro. No entanto, até agora nenhum grupo de pesquisa foi capaz de desenvolver um modelo teórico viável. Dois estudos recentes publicados na revista Nature finalmente propõem uma arquitetura plausível para tal dispositivo.

A caminho da criação de um repetidor quântico

Os relés quânticos funcionam teoricamente como relés intermediários localizados entre as estações de comunicação de uma rede quântica. Eles atuam em diversas etapas, começando pela recepção de sinais quânticos, geralmente fótons, que atuam como qubits (bits quânticos). Esta informação é então armazenada temporariamente na memória quântica, que preserva o estado dos qubits durante a transmissão.

O repetidor também é responsável por realizar operações para melhorar a qualidade do sinal e detectar tentativas de interceptação. Após armazenamento e processamento, os sinais são transmitidos para a próxima estação de comunicação quântica.

Avanços recentes melhoraram significativamente o estágio de armazenamento de informações quânticas. Embora os tempos de armazenamento ainda sejam da ordem de um segundo ou menos, esses avanços representam mais um passo em direção à criação de repetidores quânticos.

Memorizando estados quânticos usando diamantes e átomos de rubídio

No primeiro estudo, conduzido por pesquisadores de Harvard, foi construída uma rede quântica experimental com dois nós localizados a 35 quilômetros de distância e conectados por uma fibra óptica. Cada nó continha um diamante com uma cavidade em escala atômica para armazenar estados quânticos. O objetivo do experimento era manter o emaranhado quântico entre esses dois pontos. Para fazer isso, os pesquisadores primeiro emaranharam o primeiro nó com um fóton e depois o enviaram para o segundo nó, onde interagiu com outro diamante. Essa interação manteve os dois diamantes emaranhados por um segundo, que os pesquisadores dizem ser tempo suficiente para realizar operações adicionais ou transferir dados.

O segundo estudo, realizado na Universidade de Ciência e Tecnologia da China, desta vez envolveu três nós localizados a várias dezenas de quilómetros de distância. Em vez de diamantes, cada nó era composto por uma nuvem de átomos de rubídio super-resfriados (estado obtido após exposição a temperaturas próximas do zero absoluto) e servia tanto como memória quanto como gerador de fótons emaranhados. Esses fótons foram trocados entre nós, mantendo o emaranhamento por 100 microssegundos. Para otimizar a preservação do emaranhamento em toda a rede, foi projetado um nó central para sincronizar as frequências de todos os fótons.