A INTERNET QUÂNTICA JÁ EXISTE E JÁ É USADA

A computação quântica é a ciência que estuda as aplicações das teorias e propriedades da mecânica quântica na Ciência da Computação. Dessa forma seu principal foco é o desenvolvimento do computador quântico.

Na computação clássica o computador é baseado na arquitetura de Von Neumann que faz uma distinção clara entre elementos de processamento e armazenamento de dados, isto é, possui processador e memória destacados por um barramento de comunicação, sendo seu processamento sequencial.

Entretanto os computadores atuais possuem limitações, como por exemplo na área de Inteligência Artificial(IA) onde não existem computadores com potência ou velocidade de processamento suficiente para suportar uma IA avançada. Dessa forma surgiu a necessidade da criação de um computador alternativo dos usuais que resolvesse problemas de IA, ou outros como a fatoração em primos de números muito grandes, logaritmos discretos e simulação de problemas da Física Quântica.

A Lei de Moore afirma que a velocidade de um computador é dobrada a cada 18 meses. Assim sempre houve um crescimento constante na velocidade de processamento dos computadores. Entretanto essa evolução pode atingir um certo limite, um ponto onde não será possível aumentar essa velocidade e então se fez necessário uma revolução significativa na computação para que este obstáculo fosse quebrado. E assim os estudos em Computação Quântica se tornaram muito importantes e a necessidade do desenvolvimento de uma máquina extremamente eficiente se torna maior a cada dia.

Tudo depende dos avanços dos próximos testes e estudos. Neste momento, uma equipe da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, está construindo a primeira rede quântica genuína, que irá ligar quatro cidades na Holanda. O projeto, que deve ser concluído em 2020, poderia ser a versão quântica da ARPANET, a rede de comunicações desenvolvida pelos militares dos EUA no final da década de 1960 que abriu o caminho para a internet que conhecemos hoje.

Enquanto isso, um projeto em escala continental, chamado Quantum Internet Alliance, visa expandir o experimento holandês em toda a europa.

História quântica

A capacidade das partículas quânticas de existir em estados indefinidos – como o famoso gato de Schrödinger, vivo e morto ao mesmo tempo – já é usada há anos para melhorar a criptografia de dados.

As primeiras propostas que envolviam este conhecimento quântico na comunicação são da década de 1970. Stephen Wiesner, então jovem físico da Universidade de Columbia, em Nova York, viu potencial em um dos princípios mais básicos da mecânica quântica: é impossível medir uma propriedade de um sistema sem mudá-lo.

Assim como bits de informações convencionais, que são 0s ou 1s, as rotações de átomos isolados podem apontar para cima ou para baixo. O grande segredo das comunicações quânticas é que estes átomos podem estar em ambos os estados simultaneamente. Estas unidades de informação quântica são geralmente chamadas de bits quânticos ou qubits.

Codificação quântica

No ano passado, o satélite Micius, da China, criado pela física Pan Jianwei, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, realizou algumas das demonstrações mais chamativas desta abordagem. Usando uma variante do protocolo de Bennett e Brassard, a nave espacial criou duas chaves, enviando uma para uma estação terrestre em Pequim e outra para Viena, quando passou por cima da cidade. Um computador de bordo combinou as duas chaves secretas para criar uma nova, clássica. Armados com suas chaves privadas, os times de Viena e Pequim puderam chegar a essa chave combinada, subtraindo essencialmente a sua própria, e então aprendendo qual era a chave secreta do outro lugar.

Em setembro passado, Pan e Zeilinger usaram essa abordagem para configurar o primeiro bate-papo intercontinental de vídeo a ser garantido em parte com uma chave quântica. Satélites como o Micius podem ajudar a enfrentar um dos principais desafios para garantir a comunicação quântica hoje: a distância. Os fótons necessários para criar uma chave de criptografia podem ser absorvidos pela atmosfera ou – no caso de redes terrestres – por uma fibra óptica, o que torna a transmissão quântica impraticável após várias dezenas de quilômetros.

Como os estados quânticos não podem ser copiados, não é uma opção enviar várias cópias de um qubit com a esperança de que pelo menos um chegue. Então, no momento, criar links QKD de longa distância requer a construção de “nós confiáveis” para atuar como intermediários. Satélites de passagem podem reduzir o número de nós confiáveis ​​que são necessários para conectar pontos distantes.

Pan diz que os nós confiáveis ​​já são um passo em frente para algumas aplicações, porque reduzem o número de pontos onde uma rede é vulnerável a ataques. Ele também liderou a criação do extenso backbone de comunicação quântica Beijing-Shanghai. Lançado em setembro, ele conecta quatro cidades com 32 nós confiáveis ​​usando mais de 2.000 quilômetros de fibra óptica e está sendo testada para comunicações bancárias e comerciais, como a ligação dos centros de dados do gigante da Internet Alibaba.

Comunicação realmente à distância

A beleza do teletransporte quântico é que a informação quântica tecnicamente não viaja pela rede. Os fótons que viajam são usados ​​apenas para estabelecer um link entre os dados para que a informação quântica possa ser transferida. Se um par de fotons emaranhados não conseguir estabelecer uma conexão, outro par conseguirá. Isso significa que a informação quântica não é perdida se os fótons se perderem.

Uma internet quântica seria capaz de produzir emaranhamento sob demanda entre os dois usuários em uma rede. Os pesquisadores pensam que isso envolverá o envio de fótons através de redes de fibra óptica e links de satélites. Mas conectar usuários distantes exigirá uma tecnologia que possa ampliar o alcance do emaranhamento – retransmiti-lo de usuário para usuário e ao longo de pontos intermediários.

Felizmente para as pessoas que desejam aumentar as comunicações quânticas, os requisitos para um repetidor podem ser menos exigentes do que aqueles para um computador quântico. Iordanis Kerenidis, pesquisador de computação quântica da Universidade de Paris Diderot, falou sobre isso em uma oficina sobre repetidores quânticos em Seefeld, na Áustria, em setembro passado. “Se você diz aos experimentalistas que você precisa de mil qubits, eles vão rir”, disse ele. “Se você lhes disser que você precisa de dez, bem, eles vão rir menos”.

Cautela

Alguns pesquisadores advertem contra o excesso do potencial alcance da tecnologia. “A Internet de hoje nunca será inteiramente quântica, nem os computadores serão todos quânticos”, diz Nicolas Gisin, físico da Universidade de Genebra, na Suíça, e co-fundador da ID Quantique. Outros dizem que pode ser que muitas das coisas que as pessoas esperam alcançar com as redes quânticas possam ser feitas com tecnologias mais convencionais. “Às vezes, algo parece ser uma ótima ideia no início, e então resulta ser facilmente realizável sem um efeito quântico”, diz Norbert Lütkenhaus, físico da Universidade de Waterloo, no Canadá, que está ajudando a desenvolver padrões para o futuro da internet quântica.

Só o tempo dirá se as promessas da internet quântica se concretizarão. Nós sabemos que a teletransportação é um fenômeno que, embora fisicamente possível, não ocorre na natureza, diz Zeilinger. “Então, isso é realmente novo para a humanidade. Pode levar algum tempo”. [Nature]