Segundo pesquisadores alemães da
Sociedade Max Planck , a rede quântica global será implementada nos próximos anos. Nós lhe diremos quais dificuldades existem.
/ Flickr / mike seyfang / ccO que são redes quânticas?
Uma rede quântica é um sistema de transmissão de dados que funciona de acordo com as leis da mecânica quântica. Nessas redes, os dados são trocados usando qubits. Estes são fótons polarizados transmitidos através de um canal de comunicação óptico. Para implantar redes quânticas globais que cobrem todo o planeta, como a Internet, desenvolvedores e pesquisadores precisam resolver uma série de dificuldades. Por exemplo, uma certa dificuldade é a transmissão de fótons a longas distâncias devido à sua "fragilidade". Falaremos mais sobre esse e outros problemas mais tarde, mas primeiro, vamos falar sobre por que as redes quânticas devem ser criadas.
Como eles podem ser úteis
O fenômeno do entrelaçamento quântico liga as partículas quânticas de tal maneira que, ao medir as características de uma delas, reconhecemos automaticamente as características da segunda. Além disso, essa conexão persiste mesmo a grandes distâncias.
Se você estabelecer uma conexão entre dois pontos, poderá gerar sequências de números aleatórios nas duas extremidades. Na criptografia, esse recurso é usado para gerar chaves de criptografia.
Outra vantagem das redes quânticas é a incapacidade de ler os fótons transmitidos duas vezes. As leis da mecânica quântica proíbem a "clonagem" do estado das partículas de luz. Ao
interceptar um qubit, ele muda seu valor. Acontece que quando você tenta "escutar" o canal de dados, os invasores não conseguem extrair nenhuma informação valiosa. Na saída, eles recebem um conjunto aleatório de números.
Assim, redes quânticas são quase uma proteção criptográfica absoluta. Quase absoluto, como cientistas da Suécia provaram que
ainda é possível "escutar" uma rede desse tipo. Para fazer isso, simule uma cifra quântica. Os detectores de fótons ignoram partículas de luz não polarizadas chamadas zeros. Se você simular esses zeros em um determinado ponto no tempo e enviá-los ao receptor, ele considerará o sinal quântico (embora isso não ocorra).
Você pode resolver o problema, mas precisa alterar os princípios dos receptores. Uma opção é adicionar um indicador de intensidade do sinal (já que ele muda com a intervenção externa). Mas isso aumentará o custo da varredura de redes quânticas.
Por que é difícil
A “fragilidade” dos qubits, que torna a comunicação quântica confiável, também apresenta desvantagens. Fótons únicos alteram seus estados ou são simplesmente absorvidos pelo meio devido à interferência. Por esse motivo, pode ser difícil
transmitir um quantum por um cabo de fibra óptica a uma distância superior a 100 km.
/ Flickr / Alexandre Delbos / CCAgora, redes quânticas de fibra estão sendo construídas usando repetidores. Eles decodificam as informações, as codificam novamente e as transmitem para outros nós em uma cadeia. No entanto, dessa maneira, os intermediários também aprendem o conteúdo da mensagem, o que pode levar a um vazamento se um deles for comprometido. Há um problema com o custo - esses repetidores usam
ímãs caros e minerais raros .
É importante considerar o ambiente em que essas redes serão implantadas. Há uma diferença significativa entre as condições de laboratório e de “combate”. Na cidade, os cabos de fibra ótica são afetados pelas mudanças de temperatura. Isso pode levar a mudanças de fase do fóton e causar erros na transmissão de dados.
Resolver o problema da transmissão a longas distâncias permitirá o teletransporte quântico. Os pesquisadores podem opcionalmente introduzir dois qubits em um estado de emaranhamento quântico. Um projeto da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda,
está envolvido nesse projeto. Os pesquisadores estão construindo uma rede quântica de dez quilômetros entre a cidade de Delft e Haia.
Tais tecnologias ainda estão nos estágios iniciais de desenvolvimento. O fato é que manter a “conexão” por um longo tempo é difícil por causa do efeito destrutivo (chamado
decoerência ) que o ambiente exerce sobre os quanta. É possível manter o estado de emaranhamento quântico por uma fração de segundo.
Onde posso usar redes quânticas
Como dissemos, as redes quânticas são altamente resistentes às escutas telefônicas. Portanto, eles permitem criar sistemas confiáveis de distribuição de chaves criptográficas. Tais tecnologias já existem. Por exemplo, no início do ano, a China
lançou um sistema de distribuição de chaves criptográficas no qual os dados são transmitidos por satélites e raios laser. Um sistema semelhante foi
proposto por pesquisadores alemães.
Além disso, as redes quânticas
devem integrar computadores quânticos nas redes. Espera-se que grupos de máquinas quânticas acelerem simulações físicas e químicas, por exemplo, ao desenvolver novos medicamentos.
Também existem casos fora da ciência, como o voto. Esse projeto foi implementado na Suíça - há alguns anos, o CERN
ajudou a organizar uma rede quântica para as eleições. Segundo especialistas do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, além da confiabilidade, as redes quânticas possibilitam a implementação de novos esquemas de votação estratégica que não estão disponíveis atualmente. Por exemplo, as pessoas poderão escolher não um candidato, mas dois de uma vez (a segunda opção).
O desenvolvimento de redes quânticas envolve muitas instituições e organizações. Portanto, mais e mais desses projetos surgiram recentemente. Falaremos sobre desenvolvimentos estrangeiros e russos nessa área em nossos próximos materiais sobre Habré.
PS O que mais estamos escrevendo no blog corporativo da VAS Experts:
PPS Alguns novos artigos do nosso blog em Habré: