Pesquisadores da Universidade de Harvard demonstraram a primeira Internet quântica prática, usando a infraestrutura de fibra óptica existente em Boston para criar uma conexão segura e emaranhada entre dois nós de memória quântica separados por cerca de 35 quilômetros.
Os nós dessa rede quântica são computadores quânticos em escala microscópica, baseados em defeitos em estruturas de diamante chamados centros de lacunas de silício. Esses dispositivos permitem capturar, armazenar e transferir informações quânticas de forma segura, evitando a perda de sinal que normalmente afeta as redes ópticas tradicionais.
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| Internet quântica na computação e na criptografia |
Ao resfriar os nós quase ao zero absoluto e usar o emaranhamento de fótons para transferir informações entre eles, os pesquisadores demonstraram a capacidade de criar uma "Internet quântica" simples, mas funcional, sobre a infraestrutura de fibra óptica existente. Isso é um importante passo rumo a uma futura rede quântica interconectada para computação e comunicação.
Embora seja apenas um início, os pesquisadores estão trabalhando para expandir e melhorar o desempenho dessa rede quântica de dois nós, com o objetivo de criar uma infraestrutura mais ampla e prática para a computação e comunicação quântica do futuro.
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O trabalho foi realizado por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard, liderados pelo professor Mikhail Lukin. Eles utilizaram a infraestrutura de fibra óptica já existente na região de Boston para criar uma ligação segura entre dois nós de memória quântica.
Cada um desses nós é um pequeno computador quântico, feito de um pedaço de diamante com um defeito em sua estrutura atômica chamado centro de lacuna de silício. Dentro desses diminutos dispositivos (menores que um fio de cabelo), existem estruturas que permitem o controle preciso de dois qubits - os bits de informação quântica.
Um qubit é usado para a comunicação, armazenando o estado quântico em um spin de elétron. O outro qubit, em um spin nuclear, funciona como uma memória de longa duração para armazenar o emaranhamento quântico. Esse emaranhamento é a chave para a segurança e a capacidade de transmitir informações de forma inviolável entre os nós.
Ao resfriar esses dispositivos quânticos a temperaturas próximas do zero absoluto, os pesquisadores foram capazes de enviar fótons emaranhados através do link de fibra óptica de 35 km entre os dois nós. Dessa forma, eles demonstraram a capacidade de criar uma "Internet quântica" simples, mas funcional, usando a infraestrutura óptica já existente.
Isso resolve um desafio-chave para o desenvolvimento de redes quânticas - a perda de sinal ao longo das longas distâncias. Os nós baseados em defeitos de diamante podem capturar, armazenar e transferir informações quânticas, mantendo o emaranhamento e evitando a degradação do sinal.
Embora seja apenas um protótipo inicial, esse trabalho representa um marco importante no caminho para uma futura rede quântica interconectada, que poderá revolucionar a computação, a criptografia e as comunicações do futuro. A equipe de Harvard agora está trabalhando para expandir e melhorar ainda mais essa rede quântica experimental.
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Quais são os possíveis impactos da Internet quântica na computação e na criptografia?
A Internet quântica e a computação quântica em geral têm o potencial de trazer transformações revolucionárias tanto na computação quanto na criptografia, com diversos impactos significativos:
Na Computação:
- Processamento exponencialmente mais rápido para certos tipos de problemas, como a fatoração de números grandes. Isso permitiria resolver problemas intratáveis para computadores clássicos.
- Modelos de machine learning e simulações quânticas muito mais eficientes, com aplicações em áreas como química, física, biologia e ciência de materiais.
- Capacidade de armazenar e processar muito mais informação em um único qubit do que em um bit clássico.
Na Criptografia:
- Ameaça aos atuais sistemas de criptografia de chave pública, como RSA e Curvas Elípticas, que dependem da dificuldade de fatorar números grandes. Computadores quânticos poderiam quebrá-los rapidamente.
- Necessidade de desenvolver novos algoritmos e protocolos criptográficos resistentes a ataques quânticos, como o algoritmo de Shor.
- Possibilidade de criar redes quânticas seguras e invioláveis utilizando o fenômeno do emaranhamento quântico, permitindo a distribuição segura de chaves criptográficas.
- Oportunidade de criar novos paradigmas de criptografia quântica, como a Criptografia de Chave Quântica, que é segura mesmo contra computadores quânticos.
- Portanto, a Internet quântica e a computação quântica têm o potencial de transformar profundamente a maneira como processamos informações e como garantimos a segurança das comunicações. Isso requer o desenvolvimento de novas tecnologias e abordagens para aproveitar todo o seu potencial.
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