Computação quântica: como será a internet super-rápida do futuro:www betnacional com

www betnacional com Imagine computadores super-rápidos que podem resolver problemaswww betnacional commuito menos tempo que as máquinaswww betnacional comhoje. Esses "computadores quânticos" estão sendo desenvolvidoswww betnacional comlaboratórios ao redor do mundo. Mas cientistas já se antecipam e começam a pensarwww betnacional comuma internet quântica baseadawww betnacional comsinaiswww betnacional comluz a ultrarrápida.

Não é simples criar uma tecnologia para um aparelho que ainda não foi tecnicamente inventado, mas comunicações quânticas são um campo atrativo, porque a tecnologia permitirá o enviowww betnacional commensagens que são muito mais seguras.

Mas, antes disso, há diversos problemas que precisam ser resolvidos para que a internet quântica funcione:

* Fazer computadores quânticos se comunicarem entre si;

* Garantir a proteção contra hackers;

* Transmitir mensagens por longas distâncias sem perder parte delas;

* Direcionar mensagens por uma rede quântica.

Mas o que é um computador quântico?

É uma máquina capazwww betnacional comsolucionar problemas computacionais muito difíceiswww betnacional comforma incrivelmente ágil.

Em computadores convencionais, a unidadewww betnacional cominformaçãowww betnacional com"bit" e pode ter um valor 1 ou 0. Seu equivalente no sistema quântico – o qubit (bit quântico) – pode ser 1 e 0 ao mesmo tempo. O fenômeno permite que múltiplos cálculos sejam realizados simultaneamente.

No entanto, qubits precisam ser sincronizados usando um efeito quântico conhecido como entrelaçamento, o que Albert Einstein chamouwww betnacional comuma "ação fantasma à distância".

Há quatro tiposwww betnacional comcomputadores quânticos sendo desenvolvidos, que usam:

* Partículaswww betnacional comluz;

* Íons presos;

* Qubits supercondutores;

* Centroswww betnacional comvacânciawww betnacional comnitrogênio observadoswww betnacional comdiamantes imperfeitos.

Computadores quânticos permitirão uma sériewww betnacional comaplicações úteis, como modelar variaçõeswww betnacional comreações químicas para descobrir novos medicamentos, desenvolver tecnologiaswww betnacional comimagem para a indústriawww betnacional comsaúde a fimwww betnacional comdetectar problemas no corpo ou acelerar a forma como são desenvolvidas baterias, novos materiais e eletrônicos flexíveis.

Computadores quânticos podem ser mais poderosos que computadores clássicos, mas algumas aplicações exigirão ainda mais poderwww betnacional comprocessamento do que um computador quântico oferece por si só.

Se for possível fazer com que essas máquinas se comuniquem entre si, elas poderão ser conectadas para formar um enorme computador. Mas, como há quatro tiposwww betnacional comcomputadores quânticos sendo criados hoje, eles não conseguirão se comunicar sem alguma ajuda.

Alguns cientistas defendem que a internet quântica seja baseada inteiramentewww betnacional compartículaswww betnacional comluz (fótons), enquanto outros acreditam que seria mais fácil criar redes quânticaswww betnacional comque a luz interagisse com a matéria.

"Luz é melhor para comunicação, mas qubitswww betnacional commatéria são melhores para processamento", diz Joseph Fitzsimons, pesquisador do Centrowww betnacional comTecnologias Quânticas da Universidade Nacionalwww betnacional comCingapura, à BBC. "Você precisawww betnacional comambos para fazer a rede trabalhar para estabelecer a correçãowww betnacional comsinal, mas é difícil fazê-los interagir."

É muito caro e difícil armazenar toda informaçãowww betnacional comfótons, diz Fitzsimons, porque essas partículas não conseguem ver umas as outras e passam reto entre si,www betnacional comvezwww betnacional comse chocarem. O especialista acredita que seria mais fácil usar a luz para comunicação e armazenar informação usando elétrons e átomos (na formawww betnacional commatéria).

Criptografia quântica

Uma aplicação crucial da internet quântica será a distribuiçãowww betnacional comchaves quânticas,www betnacional comque uma chave secreta é gerada usando um parwww betnacional comfótons entrelaçados e usada para criptografar informaçãowww betnacional comuma forma que é impossível para um computador quântico quebrá-la.

Essa tecnologia já existe, e foi primeiro demonstrada no espaço por uma equipewww betnacional compesquisadores da Universidade Nacionalwww betnacional comCingapura e da Universidadewww betnacional comStrathclyde, no Reino Unido,www betnacional comdezembrowww betnacional com2015.

Mas não é apenas dessa criptografia que precisaremos no futuro para garantir a segurançawww betnacional comnossa informação. Cientistas também estão trabalhandowww betnacional com"protocolos cegoswww betnacional comcomputador quântico", que permitem ocultar qualquer coisawww betnacional comum computador.

"Você pode escrever algo, enviar para um computador remoto e a dona da máquina não conseguirá saber nada a respeito, a não ser a duração do processamento (do arquivo) e a quantidadewww betnacional commemória que usou", diz Fitzsimons.

"Isso é importante porque provavelmente não haverá muitos computadores quânticos quando eles surgirem, então, as pessoas vão querer rodar programas neles, como fazemos hoje com a nuvem."

Há duas abordagens possíveis para fazer uma rede quântica – com comunicaçõeswww betnacional comterra ou pelo espaço. Ambos os métodos funcionam para enviar bits comunswww betnacional comdados pela internet atual, mas, se quisermos enviar dados como qubits no futuro, será muito mais complicado.

Para enviar partículaswww betnacional comluz (fótons), podemos usar caboswww betnacional comfibra ópticawww betnacional comterra. No entanto, os sinaiswww betnacional comluz se deterioram ao longowww betnacional comgrandes distâncias, porque os cabos às vezes absorvem a luz.

É possível evitar isso ao construir "estaçõeswww betnacional comrepetição" a cada 50 km. Elas seriam basicamente laboratórios quânticoswww betnacional comminiatura que tentariam reparar o sinal anteswww betnacional comenviá-lo adiante para o próximo nódulo da rede. Mas esse sistema tem suas próprias complexidades.

Terra ou espaço?

E há as redes espaciais. Digamos que você queira enviar uma mensagem do Reino Unido para a Austrália. O sinalwww betnacional comluz é enviadowww betnacional comuma estaçãowww betnacional comsolo britânico para um satélite com uma fontewww betnacional comluz instalada nele.

O satélite envia o sinalwww betnacional comluz para outro satélite, que então envia o sinal para uma estaçãowww betnacional comsolo australiano, e a mensagem pode ser transmitida por meiowww betnacional comuma rede quânticawww betnacional comterra ou por uma rede tradicionalwww betnacional cominternet para o destinatário.

"Como não há ar entre os satélites, não há nada para degradar o sinal", diz Jamie Vicary, pesquisador do departamentowww betnacional comCiência da Computação da Universidadewww betnacional comOxford, no Reino Unido, e membro do Hubwww betnacional comTecnologiaswww betnacional comInformação Quânticaswww betnacional comRede (NQIT, na siglawww betnacional cominglês).

"Se vocêwww betnacional comfato quiser ter uma internet quânticawww betnacional comescala global, soluções com base no espaço parecem ser a única formawww betnacional comfazê-la funcionar, mas é a mais cara."

O teletransporte quântico pelo espaço já foi realizado com sucesso, e cientistas estão tentando provar que é possível fazer isso atravéswww betnacional comdistâncias cada vez maiores.

Membros da Academiawww betnacional comCiências Chinesa foram parar nas mancheteswww betnacional comjunho quando conseguiram teletransportar fótons entrelaçados entre duas cidades na China localizadas a 1,2 mil kmwww betnacional comdistância entre si. Eles usaram um satélite quântico especial chamado Micius.

Os mesmos cientistas chineses superaram recentemente o próprio recorde ao,www betnacional com29www betnacional comsetembro, realizar a primeira ligação intercontinental por vídeo protegida por uma chave quântica, com pesquisadores da Áustria, a uma distânciawww betnacional com7,7 mil km.

A ligação durou 20 minutos, e os participantes foram capazeswww betnacional comtrocar fotos criptografadas do satélite Micus e do físico austríaco Erwin Schrödinger.

Rupert Ursin, membro do Institutowww betnacional comÓptica e Informação Quânticas da Academiawww betnacional comCiências Austríaca, acredita que a internet quântica demandará redeswww betnacional comterra e pelo espaço operandowww betnacional comparalelo. "Nas cidades, precisamoswww betnacional comredeswww betnacional comfibra, mas as conexões a grandes distâncias teráwww betnacional comser realizada com comunicações por satélite."

Como funciona uma chavewww betnacional comdistribuição quântica?

Para entender como funciona uma chave quântica, precisamos voltar à chamadawww betnacional comvídeo entre cientistas chineses e austríacos. O satélite Micius usouwww betnacional comfontewww betnacional comluz para estabelecer conexões ópticas com as estaçõeswww betnacional comterra na Áustria e na China. Foi então capazwww betnacional comgerar uma chave quântica.

O mais interessante da criptografia quântica é que você pode detectar quanto alguém tentou interceptar a mensagem anteswww betnacional comela chegar ao destinatário ou quantas pessoas tentaram acessá-la.

O Micius foi capazwww betnacional comdizer que a criptografia não havia sido violada e que ninguém estava ouvindo à ligação. Deu então o 'ok' para criptografar os dados usando a chave secreta e transmiti-los por uma rede públicawww betnacional cominternet.

Mensagens

Diversos gruposwww betnacional comcientistas estão desenvolvendo redeswww betnacional comterra ao trabalharwww betnacional comtecnologiaswww betnacional comestaçõeswww betnacional comrepetição quânticas, localizadas a cada 50 km, conectadas por caboswww betnacional comfibra óptica.

Essas estações, conhecidas como "nóduloswww betnacional comrede quânticos", precisarão realizar diversas ações para direcionar as mensagens pela rede.

Primeiro, cada nódulo precisa reparar o sinal e potencializar o sinal que ficou prejudicado ao percorrer os 50 km anteriores da rede.

Imagine que você esteja usando uma máquinawww betnacional comfax para enviar um documentowww betnacional comuma página para outra pessoa e, cada vez que você manda a página, uma parte diferente da mensagem fica faltando, e o destinatário precisa juntar as partes da mensagem obtidaswww betnacional comcada tentativa.

Isso é similar a como uma única mensagem pode ser enviada entre diferentes nóduloswww betnacional comuma rede quântica.

Haverá muitas pessoas na rede, todas tentando falar umas com as outras. Então, o nódulo, ou a estação repetidora, teráwww betnacional comdescobrir como distribuir o poderwww betnacional comprocessamento disponível para montar todas as mensagens sendo enviadas. Também teráwww betnacional comenviar mensagens entre a internet quântica e a internet clássica.

A Universidadewww betnacional comDelft está construindo uma rede quântica usando vacânciaswww betnacional comnitrogêniowww betnacional comdiamantes, e isso demonstrou até agora ser capazwww betnacional comarmazenar e distribuir as conexões necessárias para comunicações quânticas a grandes distâncias.

A Universidadewww betnacional comOxford e a Universidadewww betnacional comMaryland (EUA) estão construindo computadores quânticos que funcionamwww betnacional comforma similar a uma rede. Consistemwww betnacional comnóduloswww betnacional comíons presos que foram conectadoswww betnacional comrede para se comunicarem.

Quanto maior for o computador desejado, mais nódulos serão necessários adicionar, mas esse tipowww betnacional comcomputador quântico apenas transmite dados a curta distância.

"Queremos fazer com que sejam pequenos para que sejam bem protegidos da degradação do sinal, mas, se forem pequenos, eles não conseguirão armazenar muitos qubits", diz Vicary.

"Se conectarmos nóduloswww betnacional comrede, então, ainda podemos ter um computador quântico sem precisar limitar o númerowww betnacional comqubits e ainda assim proteger os nódulos."

Memória quântica

A estação repetidora também precisará um chipwww betnacional commemória quântico. Os nódulos criam "conexões", que consistemwww betnacional compareswww betnacional compartículaswww betnacional comluz entrelaçadas. Esses pares são preparados com antecedência.

Enquanto o nódulo calcula a rota pela rede que a mensagem teráwww betnacional compercorrer, ele teráwww betnacional comarmazenar o parwww betnacional comfótons entrelaçadoswww betnacional comalgum local seguro, então, a memória quântica é necessária. Ela teráwww betnacional comarmazenar os fótons pelo tempo que for necessário.

Pesquisadores da Universidade Nacional Australiana (ANU, na siglawww betnacional cominglês) desenvolveram um chipwww betnacional commemória quântica compatível com telecomunicações usando um tipo específicowww betnacional comcristal. Esse invento é capazwww betnacional comarmazenar luz na cor correta ewww betnacional comfazer isso por maiswww betnacional comum segundo, o que é 10 mil vezes mais do que todas tentativas realizadas até agora.

"O principal desafio é demonstrar uma memória quântica com uma capacidadewww betnacional comarmazenamento grande", diz Matthew Sellars, da ANU. "Será a capacidadewww betnacional comarmazenamento que limitará a transmissãowww betnacional comdados pela rede. Acredito que levará cinco anos antes que a tecnologia (para a internet quântica) seja algo usada na prática."