Embora os computadores quânticos representem uma revolução na computação, eles não podem se comunicar da mesma forma que os computadores comuns – pela Internet. Se os computadores quânticos pudessem ser conectados por meio de uma rede quântica, eles poderiam facilitar a comunicação perfeitamente segura entre mais de duas partes ou combinar o poder da computação para resolver problemas muito mais difíceis do que um computador quântico poderia fazer sozinho.
Em uma sessão convidada na reunião de março da American Physical Society, dois físicos do Chicago Quantum Exchange adotaram abordagens diferentes para abordar um obstáculo central para a implementação de redes quânticas terrestres em larga escala:a distância entre os nós é limitada pela distância de um sinal quântico. pode viajar através de fibra óptica.

Uma solução para amplificar e evitar a perda de dados

Liang Jiang, professor da Universidade de Chicago, concentrou-se na solução mais buscada:um repetidor quântico. Repetidores quânticos seriam colocados entre nós em uma rede para regenerar o sinal quântico para que ele pudesse percorrer distâncias maiores. Ninguém ainda demonstrou um repetidor quântico bem-sucedido, embora “há um progresso significativo nessa direção”, de acordo com Jiang.

Além de regenerar o sinal, os repetidores quânticos também podem evitar a perda de dados em longas distâncias por meio da correção de erros. Os códigos de correção de erros são comuns em redes clássicas, como Bluetooth e WiFi, onde controlam os erros que ocorrem naturalmente nos dados quando um sinal os transporta de um dispositivo para outro.

Mas os sistemas quânticos são extremamente propensos a erros devido à natureza sensível de seus estados quânticos, portanto, a correção de erros é uma área de estudo grande e importante no campo da tecnologia quântica.

"Há duas questões importantes a serem feitas, do ponto de vista teórico", disse Jiang. "Primeiro, qual é a quantidade máxima de informação quântica que pode ser transmitida por um canal de fibra ruidoso? Em segundo lugar, suponha que conhecemos esse limite. Podemos alcançá-lo com um bom design de código de correção de erros quânticos?"

Além de estratégias para correção de erros quânticos em repetidores quânticos, bem como suas eficiências previstas, Jiang compartilhou outra aplicação de redes quânticas:centros de dados quânticos (QDCs), onde os usuários de uma rede quântica podem acessar um banco de dados clássico para fins de quântica. Informática. O dispositivo necessário para recuperar dados clássicos de um banco de dados como bits quânticos, chamado de memória de acesso aleatório quântico (QRAM), provavelmente seria extremamente caro, mas Jiang vê os QDCs como uma solução.

“Podemos querer usar o QRAM como um servidor quântico, conectando-se aos usuários por meio de uma rede quântica”, disse Jiang. "Todos os usuários individuais podem consultar o banco de dados através da rede quântica sem precisar ter um QRAM do lado deles. Isso pode compartilhar o custo de um dispositivo tão caro."

Trazendo redes quânticas para o ar e além

Para Paul Kwiat, professor de física de Bardeen na Universidade de Illinois Urbana-Champaign, uma solução para o problema da perda de sinal de fibra óptica poderia ser tirar a rede quântica do chão e levá-la ao ar, via drones, ou até mesmo para o espaço. com satélites.

"No momento, temos apenas redes de fibra locais, com poucas exceções", disse Kwiat. "E eu tenho essa visão do que gostaríamos de mudar - uma situação muito mais heterogênea, onde temos conexões entre todos os tipos de plataformas... usando satélites, conectando-se a veículos aéreos, drones, caminhões ou barcos." Ele observou que a perda de sinal é muito mais lenta através do espaço livre do que através de fibras ópticas, o que significa que um sinal quântico pode ser transmitido a uma distância maior.

Há muitas vantagens em uma rede quântica "móvel", onde os nós são fáceis de reposicionar. Alguns são científicos, como realizar sensoriamento quântico em larga escala ou estudar fenômenos quânticos em diferentes quadros inerciais para testar a relação entre a mecânica quântica e a relatividade. Alguns são mais práticos:usar veículos aéreos como nós para comunicação quântica onde as conexões de fibra não são uma opção, como em navios de guerra no oceano.

Uma rede quântica entre satélites no espaço permitiria ainda mais testes de mecânica quântica fundamental, com distâncias e velocidades maiores do que as possíveis na Terra, e em regiões com efeitos gravitacionais variáveis.

No ano passado, a NASA ajudou a financiar um projeto liderado pelos EUA chamado Space Entanglement and Annealing Quantum Experiment (SEAQUE), que testará tecnologias de comunicação quântica em órbita. Será a primeira carga útil de ciência da informação quântica em um módulo de estação espacial comercial:Nanoracks Bishop Airlock, que está conectado à Estação Espacial Internacional. Também será a primeira "fonte de guia de onda óptica integrada", que é mais eficiente do que experimentos quânticos semelhantes anteriores, já que não há peças móveis que exijam realinhamento regular. SEAQUE está programado para ser lançado na primavera de 2023.

O grupo de Kwiat, que lidera o projeto, é responsável pela carga útil óptica e placa de controle do SEAQUE; outros elementos estão sendo fornecidos por instituições nos EUA, Canadá e Cingapura.

"Estou animado porque é um experimento quântico trinacional no espaço", disse Kwiat. "Tem sido muito divertido." + Explorar mais

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