Pesquisadores da QuTech alcançaram o primeiro lugar do mundo em tecnologia de internet quântica. Uma equipe liderada pela professora Stephanie Wehner desenvolveu um chamado protocolo de camada de enlace que traz o fenômeno do emaranhamento quântico da física experimental para uma rede quântica do mundo real. Isso aproxima o dia em que a internet quântica pode se tornar uma realidade, entregando aplicativos que são impossíveis de alcançar através da Internet clássica. O trabalho foi apresentado hoje na ACM SIGCOMM.

Na computação clássica, uma coleção de camadas de software denominada pilha de rede permite que os computadores se comuniquem entre si. Subjacentes à pilha de rede estão os protocolos de comunicação, como o protocolo da Internet ou HTTP. Stephanie Wehner explicou que um protocolo essencial usado por uma rede é o protocolo da camada de enlace, que supera os problemas causados ​​por hardware imperfeito:"Todos nós usamos protocolos de camada de link clássicos na vida cotidiana. Um exemplo é o Wi-Fi, que permite que um sinal de rádio não confiável - sofrendo interrupções e interferências - seja usado para transmitir dados de maneira confiável entre dispositivos compatíveis. "

Uma rede quântica, com base na transmissão de bits quânticos, ou qubits, requer o mesmo nível de confiabilidade. Stephanie Wehner diz, “No nosso trabalho, propusemos uma pilha de rede quântica, e construíram o primeiro protocolo de camada de enlace do mundo para uma rede quântica. "

Acontece que os protocolos clássicos existentes não podem ajudar no mundo quântico. Um desafio é apresentado pelas diferenças entre as tecnologias utilizadas. Stephanie Wehner:"Atualmente, qubits não podem ser mantidos na memória por muito tempo. Isso significa que as decisões de controle sobre o que fazer com eles precisam ser tomadas muito rapidamente. Ao criar este protocolo de camada de link, superamos os obstáculos apresentados por alguns físicos muito exigentes. "

Existem também algumas diferenças fundamentais entre uma futura internet quântica e a internet que vemos hoje. Stephanie Wehner disse que dois bits quânticos podem ser emaranhados:"Esse emaranhamento é como uma conexão. Isso é muito diferente da situação para protocolos de camada de enlace clássicos, onde normalmente apenas enviamos sinais. Nesse caso, não há nenhum senso de conexão embutido em um nível fundamental. "

Internet quântica

O fenômeno do emaranhamento forma a base de uma internet quântica. Quando duas partículas fundamentais estão emaranhadas, eles estão conectados um com o outro de tal forma que nada mais pode ter qualquer parte dessa conexão. O pesquisador Axel Dahlberg disse que isso permite uma nova gama de aplicativos "A segurança é um aplicativo importante. É fisicamente impossível espionar uma conexão de rede emaranhada entre dois usuários. Para dar outro exemplo, a tecnologia também permite sincronização de relógio aprimorada, ou pode juntar telescópios astronômicos que estão muito distantes uns dos outros, então eles agem como um grande telescópio único. "

O pesquisador Matthew Skrzypczyk disse que uma característica importante da pilha de rede quântica proposta e do protocolo da camada de enlace é que qualquer software futuro escrito usando o protocolo será compatível com muitas plataformas de hardware quântico. "Alguém que usa nosso protocolo de camada de enlace não precisa mais saber qual é o hardware quântico subjacente. Em nosso artigo, estudamos o desempenho do protocolo em centros de vacância de nitrogênio em diamante, que são essencialmente pequenos computadores quânticos. Contudo, nosso protocolo também pode ser implementado em Ion Traps, por exemplo. Isso também significa que nosso protocolo de camada de enlace pode ser usado no futuro em muitos tipos diferentes de hardware quântico. "

Construindo um sistema de rede quântica

Stephanie Wehner disse que o próximo passo será testar e demonstrar um novo protocolo de camada de rede usando o protocolo de camada de enlace:"Nosso protocolo de camada de enlace nos permite gerar confiavelmente o emaranhamento entre dois nós de rede conectados por um enlace físico direto, como uma fibra de telecomunicações. A próxima etapa é produzir o emaranhamento entre os nós da rede que não estão conectados diretamente por uma fibra, usando a ajuda de um nó intermediário. A fim de realizar redes quânticas em grande escala, é importante ir além de um experimento de física, e avançar para a construção de um sistema de rede quântica. Este é um dos objetivos, financiado pela UE, Quantum Internet Alliance (QIA). "