Cientistas dão um importante passo na criação de uma Internet quântica segura

Uma nova investigação da Universidade de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, revelou o elo que faltava para termos uma Internet quântica funcional e prática: uma forma de corrigir os sinais perdidos.

Os investigadores tentam criar uma rede quântica há mais de vinte anos, mas, até hoje, a maior dificuldade tem sido enviar sinais quânticos sem qualquer perda. Agora, esta equipa de cientistas norte-americanos encontrou uma forma de corrigir a perda de sinal com um protótipo de “nó quântico” capaz de capturar, armazenar e entrelaçar bits.

“Esta é uma inovação que pode estender o maior alcance possível de redes quânticas e possibilitar novas aplicações”, explicou Mikhail Lukin, um dos autores da investigação, cujos resultados foram publicados recentemente na Nature.

Do telégrafo à Internet de fibra ótica, as tecnologias da comunicação precisaram de lidar com o mesmo problema: os sinais degradam-se e perdem-se quando são transmitidos a longas distâncias.

No caso particular de uma rede quântica, são utilizadas partículas de luz (fotões) entrelaçadas para se enviar uma determinada mensagem. O entreleçamento quântico permite que os bits de informação sejam correlacionados perfeitamente entre dois pontos distantes. Desta forma, as mensagens entrelaçadas são totalmente seguras, isto é, não podem ser hackeadas.

No entanto, a comunicação quântica também é afetada pela perda de fotões. Ainda assim, o que a torna ultra segura é o mesmo motivo pelo qual não podemos usar repetidores para contornar esta perda de informação.

Mas esta equipa encontrou uma solução: o “repetidor quântico“. Ao contrário do clássico, que repete um sinal através de uma rede existente, o repetidor quântico cria uma nova rede de partículas entrelaçadas para retransmitir a mensagem.

A cada estágio desta rede, o repetidor deve ser capaz de capturar e processar bits de informação quântica para corrigir erros, armazenando-os durante um período de tempo suficiente para que o resto da rede fique pronta.

Contudo, até nesta solução os cientistas encontraram dificuldades. Além de os fotões serem muito difíceis de capturar, a informação quântica é muito frágil e complicada de armazenar. Para contornar estas dificuldades, estes investigadores têm trabalhado num sistema capaz executar ambas as tarefas com sucesso: centros de cor em diamantes.

Estes centros são pequenos “defeitos” na estrutura atómica de um diamante capazes de absorver e irradiar luz, dando origem às cores brilhantes da jóia preciosa. Em laboratório, os investigadores integraram este centro num diamante nanofabricado, que confina os fotões, forçando-os a interagir com o mesmo.

Depois, colocaram o dispositivo dentro de um refrigerador de diluição, que atinge temperaturas próximas do zero absoluto, e enviaram fotões individuais através de cabos de fibra ótica para o refrigerador, onde foram capturados e presos com sucesso pelo centro de cor.

O dispositivo consegue armazenar informações quânticas por milissegundos, o tempo necessário para que sejam transportadas por milhares de quilómetros. “Este dispositivo combina os três elementos mais importantes de um repetidor quântico: a memória longa, a capacidade de capturar informações de fotões com eficiência, e a capacidade de processá-las localmente.”

A Internet quântica pode ser usada para enviar mensagens à prova de hacking, para melhorar a precisão dos GPS ou permitir computação quântica baseada numa nuvem. Este novo estudo representa a primeira prova de que esta tecnologia pode mesmo tornar-se real.

ZAP // HypeScience

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