Uma internet quântica viável - uma rede na qual as informações armazenadas em qubits são compartilhadas por longas distâncias por meio do emaranhamento - transformaria os campos de armazenamento de dados, detecção e computação de precisão, inaugurando uma nova era de comunicação.

Este mês, cientistas do Fermi National Accelerator Laboratory - um laboratório nacional do Departamento de Energia dos EUA afiliado à Universidade de Chicago - junto com parceiros de cinco instituições deram um passo significativo na direção de concretizar uma internet quântica.

Em um artigo publicado na PRX Quantum, a equipe apresenta pela primeira vez uma demonstração de uma teletransporte de longa distância de qubits feitos de fótons (partículas de luz) com fidelidade superior a 90%.

Os qubits foram teletransportados através de uma rede de fibra óptica de 27 milhas (44 quilômetros) de comprimento usando detectores de fóton único de última geração, bem como equipamentos prontos para uso.

"Estamos entusiasmados com estes resultados, "disse o cientista do Fermilab, Panagiotis Spentzouris, chefe do programa de ciência quântica do Fermilab e um dos co-autores do artigo. "Esta é uma conquista fundamental no caminho para a construção de uma tecnologia que redefinirá como conduzimos a comunicação global."

A conquista vem poucos meses depois que o Departamento de Energia dos EUA revelou seu projeto para uma internet quântica nacional em uma coletiva de imprensa na Universidade de Chicago.

Partículas de ligação

O teletransporte quântico é uma transferência "desencarnada" de estados quânticos de um local para outro. O teletransporte quântico de um qubit é alcançado usando emaranhamento quântico, em que duas ou mais partículas estão inextricavelmente ligadas entre si. Se um par emaranhado de partículas é compartilhado entre dois locais separados, não importa a distância entre eles, a informação codificada é teletransportada.

A equipe conjunta de pesquisadores do Fermilab, AT&T, Caltech, Universidade de Harvard, O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e a Universidade de Calgary - teletransportaram qubits em dois sistemas:Caltech Quantum Network e Fermilab Quantum Network. Os sistemas foram projetados, construído, encomendado e implantado pelo programa de pesquisa público-privado da Caltech em Redes e Tecnologias Quantum Inteligentes, ou IN-Q-NET.

“Estamos muito orgulhosos de ter alcançado este marco em termos de sustentabilidade, sistemas de teletransporte quântico escaláveis ​​e de alto desempenho, "disse Maria Spiropulu, o professor de física Shang-Yi Ch'en da Caltech e diretor do programa de pesquisa IN-Q-NET. "Os resultados serão melhorados ainda mais com as atualizações do sistema que esperamos concluir no segundo trimestre de 2021."

Ambas as redes Caltech e Fermilab, que apresentam processamento de dados quase autônomo, são compatíveis com a infraestrutura de telecomunicações existente e com dispositivos de armazenamento e processamento quântico emergentes. Os pesquisadores estão usando-os para melhorar a fidelidade e a taxa de distribuição de emaranhamento, com ênfase em protocolos de comunicação quântica complexos e ciência fundamental.

"Com esta demonstração, estamos começando a lançar as bases para a construção de uma rede quântica metropolitana na área de Chicago, "Spentzouris disse.

A rede Chicagoland, chamada de Illinois Express Quantum Network, está sendo projetado pelo Fermilab em colaboração com o Argonne National Laboratory, Caltech, Universidade Northwestern e parceiros da indústria.

"O feito é um testemunho do sucesso da colaboração entre disciplinas e instituições, que impulsiona muito do que realizamos na ciência, "disse o Diretor Adjunto de Pesquisa do Fermilab, Joe Lykken." Elogio a equipe IN-Q-NET e nossos parceiros na academia e na indústria por esta conquista inédita em teletransporte quântico.