Pela primeira vez, uma equipe de engenheiros da Northwestern University, nos Estados Unidos, conseguiu realizar um teletransporte quântico de mais de 30 quilômetros por meio de um cabo de fibra óptica que já transporta o tráfego de dados da Internet.
A equipe demonstrou que é possível combinar a comunicação quântica com os cabos de Internet existentes, simplificando bastante a infraestrutura necessária para aplicações de detecção ou computação quântica distribuída.
Os detalhes do estudo foram publicados na sexta-feira na revista Optica.
“Isso é incrivelmente empolgante porque ninguém pensou que fosse possível”, disse Prem Kumar, da Northwestern, que liderou o estudo.
“Nosso trabalho mostra um caminho para a próxima geração de redes quânticas e clássicas que compartilham uma infraestrutura de fibra óptica unificada. Basicamente, ele abre a porta para levar as comunicações quânticas ao próximo nível”, disse o especialista em comunicações quânticas.
Comunicações quase instantâneas
Limitado apenas pela velocidade da luz, o teletransporte quântico poderia tornar as comunicações quase instantâneas.
O processo funciona aproveitando o emaranhamento quântico, uma técnica na qual duas partículas são ligadas, independentemente da distância que as separa. Em vez de as partículas viajarem fisicamente para transmitir informações, as partículas emaranhadas trocam informações por grandes distâncias, sem transportá-las fisicamente.
“Nas comunicações ópticas, todos os sinais são convertidos em luz. Enquanto os sinais convencionais nas comunicações clássicas geralmente consistem em milhões de partículas de luz, as informações quânticas usam fótons individuais”, explica Kumar.
Antes do estudo, a lógica sugeria que os fótons individuais se afogariam em fios cheios de milhões de partículas de luz que transportam as comunicações clássicas. Seria como uma bicicleta frágil tentando navegar em um túnel repleto de caminhões pesados a toda velocidade, explicam os autores.
Mas Kumar e sua equipe encontraram uma maneira de ajudar os delicados fótons a contornar o tráfego.
Depois de estudar minuciosamente como a luz se espalha nos cabos de fibra óptica, eles encontraram um comprimento de onda menos saturado para colocar os fótons e, em seguida, adicionaram filtros especiais para reduzir o ruído do tráfego regular da Internet.
“Estudamos cuidadosamente como a luz se dispersa e colocamos nossos fótons em um ponto estratégico onde esse mecanismo de dispersão é minimizado”, diz Kumar.
“Descobrimos que poderíamos realizar a comunicação quântica sem a interferência dos canais clássicos que estão presentes simultaneamente.
Para testar o novo método, eles instalaram um cabo de fibra óptica de 30 quilômetros de comprimento com um fóton em cada extremidade e, em seguida, enviaram simultaneamente informações quânticas e tráfego normal de Internet por ele.
Por fim, eles mediram a qualidade das informações quânticas na extremidade receptora enquanto o protocolo de teletransporte estava em execução, fazendo medições quânticas no ponto médio.
Os pesquisadores descobriram que as informações quânticas foram transmitidas corretamente, mesmo com um tráfego de Internet muito intenso.
Kumar quer ampliar os experimentos para distâncias maiores e também planeja usar dois pares de fótons emaranhados, em vez de um, para demonstrar a troca de emaranhamento, outro marco importante para aplicações quânticas distribuídas.
Além disso, sua equipe está explorando a possibilidade de realizar experimentos com cabos ópticos enterrados no mundo real, ao invés de em bobinas no laboratório.
“Se escolhermos os comprimentos de onda certos, não precisaremos construir novas infraestruturas. As comunicações clássicas e quânticas podem coexistir”, conclui Kumar.
Em entrevista à SMC España, Carlos Sabín, pesquisador Ramón y Cajal do Departamento de Física Teórica da Universidade Autônoma de Madri (UAM), elogiou o fato de o experimento ter conseguido realizar o teletransporte quântico em uma rede de 30 km de fibra óptica convencional, transportando simultaneamente 400 gigabits por segundo de tráfego.
“A transmissão quântica não é perfeita, pois há uma diferença de cerca de 10% entre as informações transmitidas e recebidas. No entanto, essa diferença é muito semelhante à de um teletransporte em que não se usa uma rede de 30 km com tráfego”, diz o especialista.
Portanto, os pesquisadores demonstraram que “uma futura rede de comunicações quânticas poderia usar a mesma infraestrutura básica de fibra que já existe”, mas “esse erro de 10% que ainda aparece em experimentos básicos de teletransporte mostra que ainda estamos em uma fase muito preliminar do que poderia ser uma rede de comunicações quânticas no futuro”.
