Pesquisadores de engenharia demonstraram a prova de princípio para um dispositivo que poderia servir como a espinha dorsal de uma futura Internet quântica. O professor de engenharia da Universidade de Toronto Hoi-Kwong Lo e seus colaboradores desenvolveram um protótipo para um elemento-chave para repetidores quânticos totalmente fotônicos, uma etapa crítica na comunicação quântica de longa distância.

A Internet quântica é o 'Santo Graal' do processamento de informações quânticas, permitindo muitas novas aplicações, incluindo comunicação segura baseada na teoria da informação. A Internet de hoje não foi projetada especificamente para segurança, e mostra:hackear, invasões e espionagem de computador são desafios comuns. Hackers nefastos estão constantemente abrindo buracos em camadas sofisticadas de defesa erguidas por indivíduos, corporações e governos.

Diante disso, pesquisadores propuseram outras maneiras de transmitir dados que aproveitariam os principais recursos da física quântica para fornecer criptografia virtualmente inquebrável. Uma das tecnologias mais promissoras envolve uma técnica conhecida como distribuição quântica de chaves (QKD). O QKD explora o fato de que o simples ato de sentir ou medir o estado de um sistema quântico perturba esse sistema. Por causa disso, qualquer escuta de terceiros deixaria para trás um traço claramente detectável, e a comunicação pode ser abortada antes que qualquer informação sensível seja perdida.

Até agora, este tipo de segurança quântica foi demonstrado em sistemas de pequena escala. Lo e sua equipe estão entre um grupo de pesquisadores de todo o mundo que estão preparando as bases para uma futura Internet quântica, trabalhando para enfrentar alguns dos desafios na transmissão de informações quânticas a grandes distâncias, usando comunicação de fibra óptica.

Como os sinais de luz perdem potência à medida que viajam longas distâncias por meio de cabos de fibra óptica, dispositivos chamados repetidores são inseridos em intervalos regulares ao longo da linha. Esses repetidores aumentam e amplificam os sinais para ajudar a transmitir as informações ao longo da linha.

Mas a informação quântica é diferente, e os repetidores existentes para informações quânticas são altamente problemáticos. Eles exigem o armazenamento do estado quântico nos locais do repetidor, tornando os repetidores muito mais sujeitos a erros, difícil de construir, e muito caros porque frequentemente operam em temperaturas criogênicas.

Lo e sua equipe propuseram uma abordagem diferente. Eles estão trabalhando no desenvolvimento da próxima geração de repetidores, chamados de repetidores quânticos totalmente fotônicos, isso eliminaria ou reduziria muitas das deficiências dos repetidores quânticos padrão. Com colaboradores da Universidade de Osaka, Toyama University e NTT Corporation no Japão, Lo e sua equipe demonstraram uma prova de conceito de seu trabalho em um artigo publicado recentemente em Nature Communications .

"Desenvolvemos repetidores totalmente fotônicos que permitem a medição Bell adaptativa com reversão do tempo, "diz Lo." Como esses repetidores são totalmente ópticos, eles oferecem vantagens que os repetidores tradicionais - matéria baseada na memória quântica - não oferecem. Por exemplo, este método pode funcionar à temperatura ambiente. "

Uma Internet quântica poderia oferecer aplicativos impossíveis de implementar na Internet convencional, como segurança impenetrável e teletransporte quântico.

"Uma rede totalmente óptica é uma forma promissora de infraestrutura para comunicação rápida e eficiente em termos de energia, necessária para uma futura internet quântica, "diz Lo." Nosso trabalho ajuda a pavimentar o caminho em direção a esse futuro. "