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, sensoriamento de precisão e computação, inaugurando uma nova era de comunicação.
Este mês, os 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 realizar uma internet quântica.
Em um artigo publicado na PRX Quantum, a equipe apresenta pela primeira vez uma demonstração de um teletransporte sustentado 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 44 quilômetros de comprimento usando detectores de fóton único de última geração, bem como equipamentos disponíveis no mercado.
“Estamos entusiasmados com esses 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 a forma 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, no qual duas ou mais partículas estão inextricavelmente ligadas entre si. Se um par de partículas emaranhadas é compartilhado entre dois locais separados, não importa a distância entre eles, a informação codificada é teletransportada.
A equipe conjunta – pesquisadores do Fermilab, AT&T, Caltech, Harvard University, NASA Jet Propulsion Laboratory e University of Calgary – teletransportou qubits em dois sistemas: Caltech Quantum Network e Fermilab Quantum Network. Os sistemas foram projetados, construídos, comissionados e implantados 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 sistemas de teletransporte quânticos sustentáveis, de alto desempenho e escaláveis”, disse Maria Spiropulu, professora de física Shang-Yi Ch’en da Caltech e diretora 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.”
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”, disse Spentzouris.
A rede Chicagoland, chamada de Illinois Express Quantum Network, está sendo projetada pelo Fermilab em colaboração com o Argonne National Laboratory, Caltech, Northwestern University e parceiros da indústria.
“A façanha é uma prova do sucesso da colaboração entre disciplinas e instituições, que impulsiona muito do que realizamos na ciência”, disse o vice-diretor 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”, conclui.
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