Uma equipe de cientistas na China conectou memórias quânticas em mais de 50 milhas (50 quilômetros) de cabo de fibra óptica, batendo o recorde anterior em mais de 40 vezes. Esse feito é um passo importante em direção a uma Internet à prova de hackers, disseram os cientistas.
A internet que usamos hoje foi verdadeiramente uma invenção revolucionária. Ele conectou o mundo com informações e nos permitiu compartilhar milhões de fotos de gatos fofos e fofinhos. Mas a internet também está cheia de hackers que tentam interceptar informações importantes ou confidenciais. Para revidar, os físicos encontraram uma solução, com uma pequena ajuda do gato de Schrödinger, o famoso e hipotético felino morto e vivo destinado a expor a natureza estranha das partículas subatômicas.
Essa solução proposta é uma nova Internet governada pelo mundo bizarro da mecânica quântica. Um dia, essa internet poderá se tornar o padrão para enviar, receber e armazenar dados com segurança.
No mundo da computação clássica, a informação é representada por bits com valores de 0 ou 1. Uma internet quântica, como um computador quântico, tiraria vantagem de uma das propriedades fundamentais da mecânica quântica, o princípio da superposição. Este princípio é famoso por descrever o paradoxo do físico Erwin Schrödinger de um gato em uma caixa que está morto e vivo ao mesmo tempo. Os computadores quânticos usam bits quânticos, ou "qubits", que podem existir em um estado de superposição no qual eles têm um valor de 1 e 0 simultaneamente. Um qubit existe nesse estado de incerteza até ser medido por um observador, recolhendo o qubit em um estado definido de 0 ou 1.
Se você emparelhar dois ou mais qubits, eles se enredam. O emaranhamento quântico é a conexão etérea entre duas ou mais partículas, de modo que qualquer ação executada em uma afeta instantaneamente as outras, independentemente de quão distantes elas estejam. Albert Einstein chamou esse fenômeno de "ação assustadora à distância". A verdadeira magia de uma internet quântica começaria quando as informações fossem enviadas usando partículas emaranhadas, também chamadas de teletransporte quântico.
"O teletransporte quântico é uma maneira de transferir um estado quântico desconhecido de uma partícula para outra em um local distante, sem enviar a própria partícula original", disse Jian-Wei Pan, professor de física da Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Hefei. e co-autor do estudo, disse em entrevista à National Science Review.
Como os qubits emaranhados não estão fisicamente ligados entre si de nenhuma forma ou forma, a interceptação de comunicações entre eles é impossível.
Pan e sua equipe já demonstraram o emaranhado de partículas de luz, ou fótons, a longas distâncias no espaço vazio. Em 2017, sua equipe emaranhou dois fótons separados por 1.200 km usando um relé de satélite em órbita terrestre chamado Micius.
Na prática, o emaranhamento é um negócio delicado. O menor dos distúrbios, como uma mudança de temperatura ou vibração, pode quebrar o vínculo entre partículas emaranhadas, colapsando seu estado compartilhado. Para realizar uma verdadeira internet quântica, os físicos precisarão contar com a ajuda das chamadas memórias quânticas.
"A memória quântica é um dispositivo que armazena informações quânticas. Precisa armazenar a superposição de dois estados", disse Xiao-Hui Bao, professor de física da Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Hefei e co-autor do estudo. Ciência ao vivo.
Memórias quânticas
No estudo, publicado em 12 de fevereiro na revista Nature, Pan e seus colegas conseguiram enredar memórias quânticas em 50 km de cabos de fibra óptica. O recorde anterior de separação entre memórias foi de 1,3 km.
No experimento do novo estudo, a memória quântica é um conjunto de átomos de rubídio resfriados a laser presos no vácuo, disse Bao. A equipe usou fótons para ler e escrever na nuvem de 100 milhões de átomos presos. Os fótons foram usados para excitar os átomos para um estado de energia mais alto, definindo os qubits que os pesquisadores queriam emaranhar e produzindo um fóton emaranhado para ser enviado pelo cabo óptico. Os pesquisadores precisaram mudar a frequência do fóton para que ele não se perdesse nos 50 km de cabo de fibra óptica enrolados em seu laboratório. Finalmente, o fóton pode ser enviado em sua jornada através do cabo para emaranhar com êxito a segunda memória quântica.
Embora o emaranhamento quântico entre as memórias tenha sido alcançado, a equipe ainda não realizou o teletransporte quântico de informações entre os dois nós. Os pesquisadores disseram esperar que este trabalho pavimente o caminho para a criação de uma rede de estações retransmissoras quânticas que estenderão a comunicação emaranhada a distâncias mais longas, levando eventualmente a uma rede quântica em larga escala.
