A física quântica pode garantir que uma mensagem não foi interceptada antes de chegar ao seu destino. Graças às leis da física quântica, uma partícula de luz - um fóton - pode estar em dois estados distintos simultaneamente, comparável a uma moeda jogada ao ar, que é virtualmente cabeça e cauda antes de atingir o solo. Como quando a moeda é agarrada, essa superposição de estados é destruída assim que é lida. Esta característica peculiar permite detectar um intruso malvado ao enviar uma mensagem. Contudo, esta técnica está até agora limitada a curtas distâncias. Para estender o alcance dessas comunicações quânticas, pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE), Suíça, demonstraram um novo protocolo baseado em um cristal que pode emitir luz quântica, bem como armazená-la por longos períodos arbitrários. Este trabalho, aparecer em Cartas de revisão física , abre o caminho para um futuro repetidor quântico.

A superposição quântica é uma das características fascinantes da física quântica. “Para testar a segurança do link de comunicação, podemos usar partículas de luz, fótons, no qual codificamos bits quânticos (análogo ao bit usado na computação), "explica Cyril Laplane, Pesquisadora do Grupo de Física Aplicada da UNIGE. Ele continua:"Nós, então, aproveitamos as propriedades da superposição quântica, permitindo que o fóton esteja simultaneamente em dois estados, para testar a segurança de um link de comunicação ". De fato, se o fóton for interceptado e lido, a superposição de estados está perdida, apenas um dos dois estados permanece. Portanto, o destinatário pode saber se a mensagem foi interceptada.

A necessidade de repetidores quânticos

Uma vez que este protocolo depende do uso de fótons únicos, há uma chance imperceptível de perder as partículas quando elas se propagam em links de comunicação tradicionais, como a fibra óptica. Esse problema se torna cada vez mais crítico com a distância. Para se comunicar em longas distâncias, seria necessário repetidores, que amplificam e retransmitem o sinal. No entanto, é impossível usar tal procedimento na comunicação quântica sem destruir a superposição de estados. Os físicos precisam construir um repetidor quântico capaz de armazenar o caráter dual do fóton, mas também produzir tal estado, um verdadeiro desafio.

Uma solução baseada em cristal

Para construir um repetidor quântico, cientistas investigaram muitos gases atômicos, que geralmente requerem aparelhos experimentais pesados. “Estamos usando um cristal capaz de armazenar o estado quântico da luz. Ele possui a vantagem de ser relativamente simples de usar, com potencial para tempos de armazenamento muito longos, "esclarece Jean Etesse, um co-autor do artigo. Esses cristais são capazes de absorver luz e restaurá-la mais tarde, sem ler as informações codificadas nele. Além disso, eles podem gerar fótons únicos e armazená-los sob demanda. Outro grande trunfo é seu potencial de miniaturização.

Uma vez que o cristal é a fonte e a memória das informações quânticas, ele simplifica o protocolo para repetidores quânticos e estabelece as bases de uma Internet quântica. Os físicos da UNIGE já estão trabalhando na criação de um elo elementar de comunicação quântica por meio de um repetidor.