Um modem com um gabinete de espelho minúsculo pode ajudar a conectar à Internet Quântica

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Uma ilustração de átomos de érbio (setas) expostos à luz infravermelha (discos vermelhos). Créditos: Christoph Hohmann / MCQST.

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

A física quântica promete grandes avanços não apenas na computação quântica, mas também em uma Internet Quântica – uma estrutura de última geração para transferência de dados de um lugar para outro. Agora, os cientistas inventaram a tecnologia adequada para um modem quântico que poderia atuar como um gateway de rede.

O que torna uma Internet Quântica superior à Internet normal existente é a segurança: interferir nos dados que estão sendo transmitidos com técnicas quânticas essencialmente interromperia a conexão. É o mais perto possível de ser “inhackeável”.

Porém, assim como tentar produzir computadores quânticos comerciais práticos, transformar a potencial Internet Quântica em realidade leva tempo – o que não é surpreendente, considerando a física incrivelmente complexa envolvida. Um modem quântico pode ser um passo muito importante para a tecnologia.

“No futuro, uma Internet Quântica poderia ser usada para conectar computadores quânticos localizados em diferentes lugares, o que aumentaria consideravelmente seu poder computacional”, diz o físico Andreas Reiserer, do Instituto Max Planck, da Alemanha.

A computação quântica é construída em torno da ideia de qubits, que, ao contrário dos bits dos computadores clássicos, podem armazenar simultaneamente vários estados. A nova pesquisa se concentra em conectar qubits estacionários em um computador quântico com qubits em movimento viajando entre essas máquinas.

Esse é um desafio difícil quando você está lidando com informações armazenadas com tanta delicadeza no caso da física quântica. Nessa configuração, os fótons de luz são usados ​​para armazenar dados quânticos em trânsito, fótons que são precisamente ajustados para o comprimento de onda infravermelho da luz laser utilizada nos atuais sistemas de comunicação.

Isso oferece ao novo sistema a principal vantagem de funcionar com as existentes redes de fibra óptica, o que tornaria o avanço quântico muito mais direto quando a tecnologia estiver pronta para ser implementada.

Ao descobrir como armazenar qubits em repouso reagindo corretamente com os fótons infravermelhos em movimento, os pesquisadores determinaram que o elemento químico érbio e seus elétrons eram os mais adequados para o trabalho – mas os átomos de érbio não são naturalmente inclinados a dar o salto quântico necessário entre dois estados. Para tornar isso possível, os átomos de érbio estáticos e os fótons infravermelhos em movimento ficam essencialmente presos uns aos outros até eles “se darem bem”.

Descobrir como fazer isso exigiu um cálculo cuidadoso do espaço e das condições necessárias. Dentro do modem, os pesquisadores instalaram um gabinete espelhado em miniatura ao redor de um cristal feito de um composto de silicato de ítrio e resfriaram a 271 graus Celsius negativos.

O gabinete de espelho do modem. Crédito: Instituto Max Planck.

O cristal resfriado manteve os átomos de érbio estáveis ​​o suficiente para forçar uma interação, enquanto os espelhos refletiram os fótons infravermelhos dezenas de milhares de vezes – essencialmente, criando dezenas de milhares de chances para o salto quântico necessário ocorrer. Os espelhos tornam o sistema 60 vezes mais rápido e muito mais eficiente do que a versão sem espelhos, dizem os pesquisadores.

Uma vez que o salto entre os dois estados foi feito, as informações podem ser passadas para outro lugar. Essa transferência de dados levanta todo um novo conjunto de problemas a serem superados, mas os cientistas já estão ocupados trabalhando em soluções.

Tal como acontece com muitos avanços na tecnologia quântica, vai demorar um pouco para levar isso do laboratório para sistemas reais do mundo real, mas é outro passo significativo à frente – e o mesmo estudo também pode ajudar a elaborar processadores quânticos e repetidores quânticos que transmitem dados em distâncias mais longas.

“Nosso sistema, portanto, permite interações eficientes entre a luz e os qubits de estado sólido, preservando as propriedades quânticas frágeis dos últimos em um grau sem precedentes”, escrevem os pesquisadores em seu paper.

A pesquisa foi publicada na Physical Review X.