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último artigo, falamos sobre as perspectivas de redes quânticas e os desafios que seus desenvolvedores enfrentam. Hoje, mostraremos em que projetos os pesquisadores nacionais e estrangeiros estão trabalhando. Se você está interessado neste tópico, nós o convidamos para o gato.
/ Flickr / Groman123 / CC BY-SAOnde e por que são necessárias redes quânticas
A troca de dados em redes quânticas ocorre usando fótons polarizados chamados qubits. Essas redes não podem ser "aproveitadas", pois os qubits são muito frágeis e mudam de valor quando lidos. Como resultado, as partes que trocam dados por canais seguros podem identificar imediatamente um ataque MITM. Nesse caso, o fenômeno do emaranhamento quântico permite aprender sobre a mudança nas propriedades das partículas quânticas à distância. Esse recurso pode ser usado para gerar números aleatórios em dois pontos simultaneamente.
Por esses motivos, as redes quânticas encontraram aplicação em sistemas de geração e distribuição de chaves criptográficas.
Desenvolvimentos estrangeiros
O desenvolvimento de sistemas de distribuição de chaves criptográficas quânticas é realizado por muitos países europeus, assim como pelos EUA, China e outros países.
O primeiro esboço da rede quântica foi desenvolvido pelo DARPA (Departamento do Departamento de Defesa dos EUA) em 2001. Foi criado pelas mesmas organizações que estavam envolvidas anteriormente na implementação do ARPNET. Agora, a rede quântica está implantada em Massachusetts, onde conecta várias organizações científicas e militares.
Algum tempo depois, as primeiras soluções comerciais apareceram no campo da criptografia quântica. Em 2002, o sistema Navajo da
MagiQ Technologies estreou , usado pela NASA. O sistema usa o
protocolo de distribuição de chaves quânticas
BB84 . Esse protocolo pressupõe que os nós de comunicação tenham duas conexões: fibra ótica (quantum), através da qual as chaves criptográficas são trocadas, e uma conexão clássica à Internet para transferência de dados. Essa abordagem é usada hoje.
No início dos anos 2000, pesquisadores europeus também trabalharam em tecnologias de criptografia quântica. Um exemplo seria o projeto
SECOQC , criado para manter a segurança do estado dos países da UE. Em 2004, a UE investiu 11 milhões de euros no projeto e, em 2008, a rede foi lançada em Viena.
Naquela época, o principal problema que os pesquisadores encontraram foi a dificuldade de transmitir qubits emaranhados a longas distâncias. Em particular, o comprimento da rede quântica MagiQ foi limitado a 30 quilômetros.
A influência do ambiente externo destrói quanta (o efeito é chamado de decoerência ). Esse efeito também é a razão da dificuldade de retenção a longo prazo do estado "emaranhado" de partículas quânticas.
Hoje, estão sendo realizados ativamente desenvolvimentos que abordam essa dificuldade. Em particular, os funcionários do Instituto Delft, na Holanda,
estão trabalhando em repetidores que devem ajudar a ampliar as redes. Para realizar os testes, eles estabeleceram uma rede quântica de dez quilômetros entre a cidade de Delft e Haia. Mais tarde - em 2020 - deve conectar quatro cidades europeias.
Além disso, alguns países estão trabalhando na implementação de sistemas de distribuição de chaves criptográficas quânticas por
satélite . Por exemplo, no ano passado, os engenheiros chineses realizaram o primeiro
teletransporte quântico na história
ao transmitir dados do espaço .
Os fótons foram transmitidos ao solo usando lasers. Para reduzir o efeito da decoerência nas partículas quânticas transmitidas, o satélite foi lançado em uma órbita de 500 quilômetros. Assim, as partículas de luz superam uma parte significativa do caminho no vácuo. Ao mesmo tempo, a influência da atmosfera foi reduzida devido à localização da estação receptora a uma altitude de quatro quilômetros acima do nível do mar no Tibete. No início deste ano, funcionários da Academia de Ciências de Pequim usaram o satélite para realizar
teleconferências quânticas.
/ Flickr / Jeremy Atkinson / CC BYComo você está na Rússia
Experimentos com redes quânticas e a distribuição de chaves quânticas também estão sendo realizados na Rússia. Acredita-se que a primeira rede quântica em nosso país (ou melhor, a linha) tenha sido estabelecida por pesquisadores da Universidade ITMO entre os dois edifícios da universidade.
Alguns anos depois, esses mesmos especialistas, juntamente com colegas do Kazan Quantum Center, lançaram a primeira
rede quântica de vários nós na Federação Russa. Havia quatro nós no total, eles estavam localizados a uma distância de 40 km um do outro. Os pesquisadores agora estão trabalhando na criação de uma rede de Kazan para Naberezhnye Chelny e estão negociando com
instituições financeiras interessadas em adaptar a tecnologia para implementar comunicações criptografadas.
Outro exemplo de desenvolvimento - em 2016, físicos do Russian Quantum Center (RCC) instalaram a primeira rede quântica na cidade. Os cabos de fibra ótica se estendiam entre duas agências bancárias em Moscou, localizadas a 30 quilômetros uma da outra. Agora, especialistas do CCR estão trabalhando em uma linha de comunicação quântica de 250 quilômetros. Ele funcionará entre o escritório do RCC, o parque tecnológico Skolkovo e o data center Sberbank. A rede será dividida em dez seções, com um comprimento de 80 quilômetros. Em algumas seções da rede, está planejado transmitir dados usando lasers de infravermelho.
Pode-se esperar que projetos agora patrocinados por instituições financeiras, científicas e governamentais permitam eventualmente a organização de redes quânticas maiores.
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