Internet quântica usará dadodutos espalhados por todo o país

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/07/2024

Para tornar uma rede quântica uma realidade, pesquisadores propõem construir longos canais quânticos usando tubos selados a vácuo, com uma série de lentes espaçadas.
[Imagem: Yuexun Huang et al. - 10.1103/PhysRevLett.133.020801]

Dadoduto

Com o início dos primeiros testes da internet quântica, incluindo o uso de tecnologias híbridas eletrônica-quântica, começam a surgir as primeiras propostas de implementação dessas linhas de comunicação futurísticas em níveis cada vez mais amplos.

Yuexun Huang e colegas da Universidade de Chicago, nos EUA, lançaram agora uma proposta de arquitetura de internet quântica baseada em longos canais usando tubos selados a vácuo, com uma série de lentes espaçadas para manter os sinais fortes a longas distâncias.

Esses "dadodutos", que tecnicamente são guias de onda de vácuo, com cerca de 20 centímetros de diâmetro, poderão ampliar o alcance da transmissão de informações quânticas para a faixa dos milhares de quilômetros, e capacidades de mais de 10¹³ qubits por segundo, melhor do que qualquer abordagem de comunicação quântica existente.

Fótons de luz que codificam dados quânticos se moveriam através dos tubos de vácuo - ou dadotubos - e permaneceriam focados graças às lentes.

"Acreditamos que este tipo de rede é viável e tem muito potencial," disse o professor Liang Jiang. "Ele poderia ser usado não apenas para comunicação segura, mas também para construir redes de computação quântica distribuídas, tecnologias de detecção quântica distribuídas, novos tipos de telescópios e relógios sincronizados."

Segmento do tubo de vácuo do LIGO, antes de ser coberto pelo túnel de concreto, já visível na extremidade distante.
[Imagem: Caltech/MIT/LIGO Lab]

Transmissão de informações quânticas à distância

Alguns pesquisadores testaram maneiras de usar cabos de fibra óptica e satélites para transmitir carreadores de informação quântica, basicamente fótons que podem funcionar como qubits. Os fótons podem percorrer uma curta distância através dos cabos de fibra óptica existentes, mas geralmente perdem suas informações rapidamente à medida que são absorvidos pela fibra.

Os fótons enviados aos satélites e refletidos de volta ao solo em um outro local são menos absorvidos por causa do vácuo do espaço, mas sua transmissão é limitada pela absorção da atmosfera e pela disponibilidade dos satélites.

"O que queríamos fazer era combinar as vantagens de cada uma das abordagens anteriores," disse Huang. "No vácuo, você pode enviar muitas informações sem atenuação. Mas poder fazer isso em terra seria o ideal."

Não foi preciso começar do zero. O observatório de ondas gravitacionais LIGO consiste em enormes tubos de vácuo, projetados para conter fótons de luz em movimento, que são usados para detectar as ondas gravitacionais medindo constantemente o comprimento do tubo. E os experimentos no LIGO mostraram que, dentro de um vácuo quase livre de moléculas, os fótons podem viajar milhares de quilômetros sem perdas.

Inspirados por esta demonstração, a equipe começou a esboçar como tubos de vácuo menores poderiam ser usados para transportar fótons entre computadores quânticos. Eles demonstraram que estes tubos, se concebidos e dispostos adequadamente, poderiam transportar fótons por um país de dimensões continentais, como os EUA. Além disso, será necessário apenas um vácuo médio (pressão de 10^-4 atmosferas), que é muito mais fácil de manter do que o vácuo ultra-alto (pressão de 10^-11 atmosferas) necessário para o LIGO.

"O principal desafio é que, à medida que um fóton se move através do vácuo, ele se espalha um bocado," explicou Jiang. "Para superar isso, propomos colocar lentes a cada poucos quilômetros, que possam focar o feixe em longas distâncias sem perda por difração."

Mecanismo proposto para a preservação do sinal quântico (em cima), e duas lentes do LIGO, antes de serem instaladas (embaixo).
[Imagem: Yuexun Huang et al. - 10.1103/PhysRevLett.133.020801/Caltech/MIT/LIGO Lab]

Primeiros testes

Em colaboração com colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, a equipe está planejando experimentos de mesa para testar a praticidade da ideia e, em seguida, planeja usar tubos de vácuo maiores, como os do LIGO, para trabalhar em como alinhar as lentes e estabilizar os feixes de fótons em longas distâncias.

"Implementar esta tecnologia em maior escala apresenta alguns desafios de engenharia civil que também precisamos resolver," disse Jiang. "Mas o benefício final é que teremos grandes redes quânticas que poderão comunicar dezenas de terabytes de dados por segundo."

Mais tópicos