Físicos das universidades de Toronto, Osaka e Toyama introduziram o conceito de repetidor quântico que não utiliza células de memória quântica e
é capaz de operar à temperatura ambiente. No futuro, permitirá a implementação de redes quânticas em larga escala.
Nós dizemos qual é a inovação.
/ PxHere / PDQual é a diferença entre o novo repetidor quântico
As informações nas redes quânticas são codificadas em fótons. No entanto, enviá-los por longas distâncias sobre fibra é bastante difícil. Mais de 90% das partículas são
perdidas em um cabo cujo comprimento excede 50 km. Para aumentar a distância efetiva de transmissão, cientistas e engenheiros estão trabalhando em repetidores quânticos. Eles ajudam a evitar a perda de fótons através do cabo de fibra óptica. No entanto, os dispositivos existentes usam células de memória quântica, como armadilhas de íons, que são estáveis apenas com forte resfriamento.
Tais decisões
primeiro decodificam as informações transmitidas e depois as codificam novamente para transmissão mais adiante na cadeia. Essa abordagem cria uma potencial vulnerabilidade para invasores que podem interceptar informações em um site comprometido.
Uma equipe de físicos e engenheiros, liderada pelo professor Hoi-Kwong Lo, conseguiu resolver esse problema. Eles demonstraram a viabilidade de implementar um repetidor de fótons que não requer transformações "intermediárias". Observe que os pesquisadores
propuseram o conceito de dispositivo em 2015 e, no início de 2019, eles puderam provar isso experimentalmente.
Nesse caso, a memória quântica
é substituída por um estado gráfico fotônico. Dois computadores localizados nas extremidades opostas da conexão de fibra óptica
geram emaranhamento quântico entre seus fótons. Depois, eles imediatamente enviam muitos fótons para o repetidor. No repetidor, essas partículas são representadas na forma de um gráfico no qual
cada qubit é um vértice. Então, uma
medição do estado de Bell é realizada nos fótons. O resultado da medição
é o design das partículas em um estado emaranhado.
Benefícios e Desafios
Os repetidores ópticos são capazes de fornecer transmissão de fótons a distâncias muito maiores - o emissor e o receptor
podem estar a 800 quilômetros um do outro. Nesse caso, os repetidores permanecem operacionais à temperatura ambiente.
Para alcançar esses resultados na rede, é necessário o uso de detectores ópticos altamente sensíveis, cuja
eficiência quântica será superior a 60%. Dos dispositivos existentes, poucos são capazes de produzir esses indicadores, enquanto os que são capazes são
caros .
Apesar da desvantagem, os desenvolvedores esperam que os novos repetidores ópticos se tornem o elo que finalmente permitirá a unificação de computadores quânticos individuais e a criação de uma Internet quântica segura. De acordo com os princípios da mecânica quântica, ao medir as características de um fóton, ele muda de estado. Se alguém tentar espionar uma rede quântica, essa tentativa será imediatamente notada e o fóton entrará em colapso.
Observe que, com o advento da Internet quântica, os cientistas do mundo terão que resolver vários outros problemas. De acordo com um
estudo recente da equipe da Universidade George Washington, os hackers podem interromper a transmissão de informações em redes quânticas “misturando” o tráfego de terceiros no sistema de fótons emaranhados. Ainda não há proteção contra esse tipo de ataque, mas os engenheiros planejam trabalhar nessa direção.
/ Flickr / Nick Harris / CC BY-NDO que mais está sendo feito para implementar a Internet quântica
Vários pesquisadores estão trabalhando em repetidores com armadilhas de íons. Novos materiais estão sendo desenvolvidos para eles, por exemplo,
diamantes artificiais, usados para o armazenamento e transferência de qubits. O diamante sintético pode servir como armazenamento quântico devido a um defeito na rede de carbono. Nele, dois átomos de carbono são substituídos por um átomo arbitrário e um "espaço vazio".
Também estão em andamento os algoritmos de correção de erros. Eles codificam os estados quânticos dos fótons de tal maneira que quando uma ou mais partículas são perdidas durante a transmissão do sinal, as informações deles podem ser restauradas. É proposto o uso de vários métodos para correção de erros, por exemplo,
o algoritmo Shore , a
codificação Stein , o princípio da
paridade quântica e outros.
Todas as tecnologias apresentadas ainda estão nos estágios iniciais de desenvolvimento. Portanto, é muito cedo para dizer que alguns deles serão definitivamente usados na Internet quântica. No entanto, as redes de teste já estão começando a aparecer: nos próximos cinco anos,
está prevista a construção de estações repetidoras quânticas no Reino Unido. É provável que outros países adotem a iniciativa.
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