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Cientistas da Northwestern University são os primeiros a demonstrar com êxito o teletransporte quântico através de um cabo de fibra ótica que transporta tráfego de Internet.
A descoberta, publicada na revista Optica, introduz a nova possibilidade de combinar a comunicação quântica usando cabos de Internet existentes — simplificando bastante a infraestrutura necessária para tecnologias avançadas de deteção ou aplicações de computação quântica.
“Isto é incrivelmente excitante, porque ninguém pensou que fosse possível”, disse Prem Kumar, investigador da Northwestern que liderou o estudo, num comunicado da universidade.
“O nosso trabalho mostra um caminho para a próxima geração de redes quânticas e clássicas que partilham uma infraestrutura de fibra ótica unificada. Basicamente, abre a porta para levar as comunicações quânticas para o próximo nível“, acrescentou o investigador.
Especialista em comunicação quântica, Kumar é professor de engenharia eletrotécnica e informática na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern, onde dirige o Centro de Comunicação e Computação Fotónica.
Como funciona
Limitado apenas pela velocidade da luz, o teletransporte quântico permite uma nova forma, ultra-rápida e segura, de partilhar informações entre utilizadores de redes distantes, em que a transmissão direta não é necessária.
O processo funciona através do aproveitamento do emaranhamento quântico, uma técnica em que duas partículas estão ligadas, independentemente da distância entre elas.
No coração desta ideia está o fenómeno da “ação fantasmagórica à distância“, um termo cunhado por Albert Einstein para descrever o entrelaçamento quântico.
Este princípio estranho, mas fundamental, da mecânica quântica, sugere que “partículas interligadas quanticamente”, que tenham inicialmente interagido, podem influenciar instantaneamente as propriedades uma da outra, independentemente da distância que as separa.
Este fenómeno, que permite que os físicos introduzam alterações nas características de certas partículas, provocando as mesmas alterações, à distância, nas partículas que anteriormente tivessem interagido com as primeiras, está na base da computação quântica.
Assim, em vez de as partículas viajarem fisicamente para transmitir informações, as partículas emaranhadas, ou entrelaçadas, trocam informações a grandes distâncias — sem as transportar fisicamente.
“Nas comunicações óticas, todos os sinais são convertidos em luz”, explicou Kumar. “Enquanto os sinais convencionais para comunicações clássicas são tipicamente compostos por milhões de partículas de luz, o transporte de informação quântica utiliza fotões únicos“.
“Ao efetuar uma medição destrutiva em dois fotões — um com um estado quântico e outro emaranhado com outro fotão — o estado quântico é transferido para o fotão restante, que pode estar muito longe”, disse Jordan Thomas, candidato a doutoramento no laboratório de Kumar e primeiro autor do artigo.
“O fotão em si não tem de ser enviado para longas distâncias, mas o seu estado acaba por ser codificado no fotão à distância. O teletransporte permite a troca de informação a grandes distâncias sem que a própria informação tenha de percorrer essa distância”, detalha o investigador.
Antes do novo estudo de Kumar, muitos investigadores não tinham a certeza de que o teletransporte quântico fosse possível em cabos que transportam comunicações clássicas.
Os fotões emaranhados afogar-se-iam entre os milhões de outras partículas de luz. Seria como uma bicicleta frágil a tentar navegar por um túnel apinhado de camiões pesados em alta velocidade.
Kumar e a sua equipa, no entanto, descobriram uma forma de ajudar os delicados fotões a afastarem-se do tráfego intenso.
Depois de realizarem estudos aprofundados sobre a forma como a luz se dispersa nos cabos de fibra ótica, os investigadores encontraram um comprimento de onda de luz menos concorrido para colocar os seus fotões. De seguida, adicionaram filtros especiais para reduzir o ruído do tráfego normal da Internet.
“Estudámos cuidadosamente a forma como a luz se dispersa e colocámos os nossos fotões num ponto judicial onde esse mecanismo de dispersão é minimizado“, explica Kumar. “Descobrimos que podíamos efetuar uma comunicação quântica sem interferência dos canais clássicos que estão simultaneamente presentes”.
“O teletransporte quântico tem a capacidade de fornecer conetividade quântica de forma segura entre nós geograficamente distantes”, explica Kumar.
“Muitas pessoas assumiram que ninguém iria construir uma infraestrutura especializada para enviar partículas de luz. Se escolhermos corretamente os comprimentos de onda, não teremos de construir novas infraestruturas. As comunicações clássicas e quânticas podem coexistir”, conclui.
