Teletransporte funciona pela primeira vez entre qubits distantes, formando uma rede

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/05/2022

Como os qubits não têm qualquer tipo de interligação física, eles formam os primórdios de uma rede quântica inerentemente segura.
[Imagem: Qutech/EVA Explainer]

Internet quântica

Depois de demonstrarem que o teletransporte quântico pode ser prático, seguro e confiável e usá-lo para criar a primeira rede quântica com mais de dois nós, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, nos Países Baixos, deram o passo que faltava para demonstrar a semente a partir da qual poderá crescer a internet quântica.

Sophie Hermans e seus colegas usaram pela primeira vez o teletransporte quântico para transferir informações entre qubits distantes um do outro, fazendo com que a coisa se pareça ainda mais com o meio de transporte de Jornada nas Estrelas - não, provavelmente não chegaremos lá como fruto destas pesquisas, porque só a informação é teletransportada, não a matéria.

De fato, o protocolo de teletransporte quântico deve seu nome às semelhanças com o teletransporte dos filmes de ficção científica: O bit quântico desaparece do lado do remetente e aparece do lado do receptor.

Como a informação, portanto, não precisa viajar pelo espaço intermediário, não há chance de que ela seja perdida ou interceptada, tornando esta uma técnica crucial para garantir uma criptografia quântica verdadeira para as redes do futuro - uma rede quântica não será necessariamente mais rápida do que as redes ópticas atuais, mas ela será inerentemente segura.

Várias equipes já demonstraram esse teletransporte usando vários tipos de qubits. Contudo, em todos os casos, os qubits estavam de alguma forma adjacentes ou interligados.

Agora, o fenômeno funcionou entre qubits distantes, sem nenhuma conexão direta entre eles.

A informação é teletransportada entre qubits distantes, sem conexão direta.
[Imagem: Scixel for QuTech]

Teletransporte quântico

Para poder teletransportar a informação entre bits quânticos, são necessários alguns ingredientes: Um link por entrelaçamento (emaranhamento) quântico entre o remetente e o receptor, um método confiável para ler os qubits e a capacidade de armazenar temporariamente os valores dos qubits.

Para conseguir fazer isto pela primeira vez entre qubits não adjacentes - em outras palavras, em uma rede - a equipe usou três qubits separados construídos no interior de diamantes, que conseguem reter os dados por períodos mais longos.

O teletransporte consiste em três etapas (os três qubits foram batizados de Alice, Bob e Charlie). Primeiro, o "teletransportador" deve ser preparado, o que significa que um estado emaranhado deve ser criado entre Alice e Charlie - Alice e Charlie não têm conexão física direta, mas ambos estão diretamente conectados a Bob.

Feito o emaranhamento com Alice, Bob então armazena seu dado e, em seguida, cria um estado entrelaçado com Charlie. É aí que "mágica" funciona: Realizando uma medição especial em seu processador, Bob por assim dizer "envia" seu estado. Resultados: Alice e Charlie agora estão entrelaçados e o teletransportador está pronto para ser usado!

O segundo passo é criar a mensagem - o bit quântico - a ser teletransportada, o que é feito em Charlie. Isso pode, por exemplo, ser '1' ou '0' ou vários outros valores quânticos intermediários - para mostrar que o teletransporte funciona genericamente, os pesquisadores repetiram todo o experimento para vários valores de bits quânticos.

O passo final é o teletransporte real de Charlie para Alice. Para isso, Charlie realiza uma medição conjunta com a mensagem em seu processador quântico e em sua metade do estado emaranhado (Alice tem a outra metade). O que acontece então é algo que só é possível no mundo quântico: Como resultado dessa medição, a informação desaparece do lado de Charlie e aparece imediatamente do lado de Alice.

Os qubits de diamante estão dentro do cilindro preto, refrigerados a -270 ºC para reduzir o ruído ambiental.
[Imagem: Marieke de Lorijn/QuTech]

Dado teletransportado fica criptografado

Parece um tanto complicado, mas a coisa ainda não terminou: Na verdade, o bit quântico foi criptografado na transferência, com a chave dessa criptografia sendo determinada pelo resultado da medição de Charlie.

Então Charlie envia o resultado da medição para Alice, após o que Alice realiza a operação quântica relevante para descriptografar o bit quântico. Por exemplo, através de uma "inversão de bits": 0 torna-se 1 e 1 torna-se 0.

Após Alice ter realizado a operação correta, a informação quântica é adequada para uso posterior. O teletransporte foi bem-sucedido!

A equipe pretende agora se concentrar na reversão das etapas um e dois do protocolo de teletransporte, o que significa primeiro criar (ou receber) o bit quântico a ser teletransportado e só então preparar o teletransportador para realizar o teletransporte.

Reverter a ordem é particularmente desafiador, uma vez que as informações quânticas a serem teletransportadas devem ser armazenadas enquanto o emaranhamento está sendo criado. No entanto, isso tem uma vantagem significativa: O teletransporte poderá ser realizado completamente "a pedido" ("Dois para subir, Scotty").

Isso é relevante, por exemplo, se a informação quântica contiver o resultado de um cálculo difícil ou se o teletransporte precisar ser feito várias vezes. A longo prazo, esse tipo de teletransporte servirá, portanto, como a espinha dorsal da internet quântica.

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