Em fevereiro de 2020, cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos Estados Unidos e da Universidade de Chicago revelaram que haviam alcançado um emaranhamento quântico - no qual o comportamento de um par de partículas minúsculas fica ligado, de modo que seus estados são idênticos - mais uma rede de loop quântico de 52 milhas (83,7 quilômetros) nos subúrbios de Chicago.
Você pode estar se perguntando por que tanto barulho, se você não é um cientista familiarizado com a mecânica quântica - isto é, o comportamento da matéria e da energia na menor escala da realidade, que é peculiarmente diferente do mundo que podemos ver ao redor nós.
Mas a façanha dos pesquisadores pode ser um passo importante no desenvolvimento de uma versão nova e muito mais poderosa da Internet nas próximas décadas. Em vez dos bits que a rede atual usa, que só podem expressar um valor de 0 ou 1, a futura internet quântica utilizaria qubits de informação quântica, que podem assumir um número infinito de valores. (Um quibit é a unidade de informação para um computador quântico; é como um bit em um computador comum).
Isso daria à internet quântica muito mais largura de banda, o que tornaria possível conectar computadores quânticos superpoderosos e outros dispositivos e executar aplicativos massivos que simplesmente não são possíveis com a internet que temos agora.
"Uma internet quântica será a plataforma de um ecossistema quântico, onde computadores, redes e sensores trocam informações de uma maneira fundamentalmente nova, onde sensoriamento, comunicação e computação literalmente trabalham juntos como uma entidade", explica David Awschalom por e-mail. Ele é um professor de spintrônica e informação quântica na Pritzker School of Molecular Engineering da University of Chicago e um cientista sênior em Argonne, que liderou o projeto do loop quântico.
Explicando a Internet Quântica
Então, por que precisamos disso e o que ele faz? Para começar, a internet quântica não é uma substituição da internet normal que temos agora. Em vez disso, seria um complemento ou um ramo dele. Seria capaz de cuidar de alguns dos problemas que afligem a Internet atual. Por exemplo, uma internet quântica ofereceria uma proteção muito maior contra hackers e cibercriminosos. Agora, se Alice em Nova York enviar uma mensagem para Bob na Califórnia pela Internet, essa mensagem viajará mais ou menos em linha reta de uma costa a outra. Ao longo do caminho, os sinais que transmitem a mensagem se degradam; repetidores lêem os sinais, amplificam e corrigem os erros. Mas esse processo permite que os hackers "invadam" e interceptem a mensagem.
No entanto, uma mensagem quântica não teria esse problema. As redes quânticas usam partículas de fótons de luz para enviar mensagens que não são vulneráveis a ataques cibernéticos. Em vez de criptografar uma mensagem usando complexidade matemática, diz Ray Newell, pesquisador do Laboratório Nacional de Los Alamos , confiaríamos nas regras peculiares da física quântica. Com a informação quântica, "você não pode copiá-la ou cortá-la ao meio e nem mesmo olhar para ela sem alterá-la". Na verdade, apenas tentar interceptar uma mensagem a destrói , como observou a revista Wired. Isso permitiria a criptografia que seria muito mais segura do que qualquer coisa disponível hoje.
"A maneira mais fácil de entender o conceito de internet quântica é por meio do conceito de teletransporte quântico", disse Sumeet Khatri , pesquisador da Louisiana State University em Baton Rouge, por e-mail. Ele e seus colegas escreveram um artigo sobre a viabilidade de uma internet quântica baseada no espaço , na qual os satélites iriam transmitir continuamente fótons emaranhados para a superfície da Terra, como descreve este artigo da Technology Review .
"O teletransporte quântico é diferente do que a mente de um não-cientista pode invocar em termos do que vê em filmes de ficção científica", diz Khatri. "No teletransporte quântico, duas pessoas que desejam se comunicar compartilham um par de partículas quânticas que estão emaranhadas. Então, por meio de uma sequência de operações, o remetente pode enviar qualquer informação quântica ao receptor (embora não possa ser feito mais rápido que a luz velocidade, um equívoco comum). Esta coleção de emaranhados compartilhados entre pares de pessoas em todo o mundo constitui essencialmente a internet quântica. A questão central da pesquisa é a melhor forma de distribuir esses pares emaranhados para pessoas distribuídas em todo o mundo. "
Uma vez que seja possível fazer isso em grande escala, a internet quântica seria tão incrivelmente rápida que relógios distantes poderiam ser sincronizados cerca de mil vezes mais precisamente do que os melhores relógios atômicos disponíveis hoje, como detalha a revista Cosmos . Isso tornaria a navegação GPS muito mais precisa do que é hoje e mapearia o campo gravitacional da Terra com tantos detalhes que os cientistas poderiam detectar a ondulação das ondas gravitacionais. Também poderia possibilitar o teletransporte de fótons de telescópios de luz visível distantes por toda a Terra e conectá-los a um gigantesco observatório virtual.
"Você poderia ver planetas ao redor de outras estrelas", diz Nicholas Peters, líder do Grupo de Ciência da Informação Quântica no Laboratório Nacional de Oak Ridge .
Também seria possível que redes de computadores quânticos superpotentes em todo o mundo trabalhassem juntas e criassem simulações incrivelmente complexas. Isso pode permitir aos pesquisadores entender melhor o comportamento de moléculas e proteínas, por exemplo, e desenvolver e testar novos medicamentos.
Também pode ajudar os físicos a resolver alguns dos antigos mistérios da realidade. "Não temos uma imagem completa de como o universo funciona", diz Newell. "Temos um entendimento muito bom de como a mecânica quântica funciona, mas não temos uma imagem muito clara das implicações. A imagem é borrada onde a mecânica quântica se cruza com nossa experiência vivida."
Desafios de construir a Internet Quântica
Mas antes que isso aconteça, os pesquisadores precisam descobrir como construir uma internet quântica e, dada a estranheza da mecânica quântica, isso não será fácil. “No mundo clássico, você pode codificar informações e salvá-las e elas não se deterioram”, diz Peters. "No mundo quântico, você codifica a informação e ela começa a decair quase imediatamente."
Outro problema é que, como a quantidade de energia que corresponde à informação quântica é muito baixa, é difícil evitar que ela interaja com o mundo exterior. Hoje, "em muitos casos, os sistemas quânticos funcionam apenas em temperaturas muito baixas", diz Newell. "Outra alternativa é trabalhar no vácuo e bombear todo o ar para fora."
Para fazer uma internet quântica funcionar, diz Newell, precisaremos de todos os tipos de hardware que ainda não foram desenvolvidos. Portanto, é difícil dizer neste ponto exatamente quando uma internet quântica estaria instalada e funcionando, embora um cientista chinês tenha previsto que isso poderia acontecer já em 2030.
Agora isso é interessante
Albert Einstein, que questionou a validade da mecânica quântica, chamou o emaranhamento quântico de "ação fantasmagórica à distância", como explica a Technology Review .
Publicado originalmente: 30 de março de 2020
