Comunicações quânticas são feitas usando drones

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/01/2021

Para ser possível que um fóton seja transmitido de um drone para o outro, equipamentos em cada um deles devem garantir o perfeito alinhamento em tempo real.
[Imagem: Hua-Ying Liu et al. - 10.1103/PhysRevLett.126.020503]

Rede quântica via drones

Em um experimento inédito, pesquisadores da Universidade de Nanjing, na China, trocaram dados quânticos - fótons compartilhando o fenômeno do entrelaçamento quântico - entre dois drones pairando no ar, a um quilômetro de distância um do outro, e entre os drones e duas estações terrestres.

O fenômeno do entrelaçamento quântico, que Einstein chamou com desdém de "ação fantasmagórica à distância" - Einstein não era nada fã das esquisitices da mecânica quântica -, é a base da criptografia quântica, usando as partículas entrelaçadas para garantir que as comunicações sejam secretas.

Quanto um par de fótons está entrelaçado - ou emaranhado - o dado contido em um deles pode ser lido instantaneamente medindo o outro e vice-versa, ou seja, você pode guardar um dado em um dos fótons alterando o estado do outro. Na verificação de uma senha quântica, cada fóton é enviado a um dos usuários, de forma que, se algum espião tentar ler suas comunicações, a tentativa de leitura é detectada imediatamente porque a invasão altera o estado dos dois fótons.

Com mais esta demonstração, parece não haver mais dúvidas sobre a proeminência da China na busca por comunicações ultrasseguras e nas pesquisas a rumo a uma internet quântica, ultrarrápida e à prova de espionagem.

Há duas semanas, o país apresentou a primeira rede integrada de comunicações quânticas, unindo comunicações por fibras ópticas e por satélites artificiais.

O experimento agrega mais um elo à futura internet quântica, que agora já conta com demonstrações em terra, terra-ar, terra-espaço, ar-ar e todas as combinações entre elas.
[Imagem: Hua-Ying Liu et al. - 10.1103/PhysRevLett.126.020503]

Drones quânticos

O que mais impressiona na demonstração da comunicação quântica via drones é a miniaturização dos equipamentos - na maioria dos laboratórios ao redor do mundo, o que foi feito entre os drones ainda usa equipamentos que usam salas inteiras.

Embora a comunicação quântica entre uma estação terrestre e um satélite artificial já tenha se tornado corriqueira, esta é a primeira vez que o processo é feito entre duas estações móveis.

E Hua-Ying Liu e seus colegas afirmam ter feito tudo com equipamentos de baixo custo, a maioria disponível comercialmente - incluindo os drones, modelos maiores pesando cerca de 35 kg.

Em testes anteriores para testar a comunicação quântica com um drone, nos quais o drone faria o mesmo papel de um satélite artificial, a equipe verificou que a difração da luz na atmosfera faz sua onda se alargar, como a luz de uma lanterna à distância. Essa frente de onda rapidamente fica mais larga do que a abertura do dispositivo de recepção - essencialmente um telescópio -, limitando a comunicação a cerca de 200 metros.

Para evitar isso, a equipe usou um segundo drone, que funciona como estação de retransmissão. Ele coleta os fótons do primeiro drone e os injeta em um pequeno pedaço de fibra óptica. Esse processo, chamado colimação, remodela as frentes de onda dos fótons - semelhante ao que faz uma lente - para que eles tenham uma chance maior de alcançar a estação terrestre sem perda de dados.

O drone de retransmissão detecta 25% dos fótons enviados pelo primeiro drone, enquanto a estação terrestre detecta cerca de 4% dos fótons enviados pelo drone de retransmissão. Como estamos falando de transmissões à velocidade da luz, mesmo essa baixa taxa de efetividade garante comunicações ultrarrápidas.

Com o sucesso desta demonstração inicial, a equipe acredita ser possível coneguir comunicações quânticas a até 300 km de distância, bastando para isso usar drones que voem a uma maior altitude, onde o ar é mais limpo. Isso permitirá criar redes quânticas baseadas em drones que possam ser facilmente reposicionadas - sobre uma cidade ou área rural, por exemplo.

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