Resumo interno:
- Uma equipe de pesquisa liderada pela QuTech conectou processadores quânticos a 25 quilômetros entre Delft e Haia, conectando os nós quânticos à infraestrutura de fibra óptica existente.
- O projeto envolve um protocolo eficiente em fótons e métodos precisos de estabilização que ajudam a manter a conectividade de longa distância, superando desafios como perda de fótons e estabilidade de nós.
- Apoiado por estruturas europeias, este avanço contribui para a infraestrutura básica da Internet quântica da Europa, com arquiteturas modulares que são flexíveis para escalar no futuro e conectam vários processadores quânticos.
A velha Internet serviu-nos bem porque é compatível com o intercâmbio global de dados, mas a integração do elemento quântico pode elevar a cultura com a partilha segura de dados, a distribuição da computação através de processadores quânticos distantes e estruturas completamente novas para a privacidade na comunicação e acesso a dados. Embora isto ainda não tenha sido alcançado nesta capacidade, uma equipa de investigação internacional liderada pela QuTech, uma joint venture entre a TU Delft e a TNO, conectou com sucesso processadores quânticos através de grandes distâncias urbanas – um passo necessário em direcção a uma Internet quântica. De acordo com um artigo recente publicado na Science Advances, a equipe conectou processadores quânticos nas cidades holandesas de Delft e Haia usando internet de fibra óptica, alcançando um link quântico de 25 quilômetros.
Quântica em todas as cidades
Em contraste com as operações sequenciais e previsíveis que tornam possível a Internet clássica, a Internet quântica dependerá do emaranhamento que permite aos qubits formar conexões que existem em tempo real. Conforme descrito no estudo, os pesquisadores imaginam a Internet quântica como uma rede global de qubits, apoiando novas tarefas, como a geração de chaves de criptografia seguras ou a conexão de computadores quânticos para computação de alto desempenho.
Ao integrar com sucesso os nós quânticos à infraestrutura de fibra óptica existente, a equipe está evoluindo continuamente a comunicação quântica, desde condições controladas de laboratório até ambientes do mundo real. Ronald Hanson, da QuTech, enfatiza isso em uma atualização de pesquisa recente: “A distância que alcançamos a integração quântica neste projeto, com 25 km de fibra subterrânea usada, é um recorde para processadores quânticos. Esta é a primeira vez que tais processadores quânticos em diferentes cidades foram conectados.”
Técnicas e Desafios de Engenharia
A transição dos testes baseados em laboratório para a implementação em toda a cidade não ocorreu sem obstáculos significativos de engenharia. Os links quânticos, que são sensíveis à perda de fótons, requerem controle preciso em longas distâncias. Segundo a equipe de pesquisa, foi necessário projetar um sistema de controle forte para manter a operação do nó independente, estabilizar o link contra a perda de fótons e garantir a parada sempre que uma conexão quântica for criada.
Conforme explicado pelo coautor Arian Stolk, alcançar a estabilidade ao longo de 25 km de link de fibra exigia extrema precisão: “O link precisava ser estável dentro de comprimentos de onda de fótons (menores que um micrômetro) em 25 km de fibra óptica. Esse desafio é comparável a manter constante a distância entre a Terra e a Lua com uma precisão de apenas alguns milímetros.” A inovação por trás deste sucesso é reconhecida pela equipe ao demonstrar um protocolo eficiente em fótons e métodos de estabilização precisos, permitindo à equipe superar a perda de fótons, que é um dos principais obstáculos para essas conexões de longa distância.
O crescimento desta rede quântica é apoiado por tempo preciso e controle de fase em vários nós qubit. A plataforma é adaptável a vários sistemas quânticos, tornando-a candidata para implantação generalizada.
Segundo este artigo, a arquitetura modular do projeto, que conta com contribuições de parceiros especializados, mostra uma base sólida para conectar múltiplos processadores quânticos. Os principais componentes foram fornecidos pela Fraunhofer ILT, Element Six e Toptica, entre outros, cada um fornecendo tecnologia que atende aos exigentes requisitos de uma rede quântica metropolitana.
Rumo a redes Quantum poderosas e seguras
A ligação bem-sucedida de 25 km entre Delft e Haia faz parte de uma visão mais ampla, que recebe o apoio de várias empresas europeias na prossecução de uma Internet quântica europeia. “Continuamos a mostrar liderança no desenvolvimento da futura base da nossa infraestrutura digital e na forma como podemos fazê-la funcionar, o que está no centro da estratégia nacional e europeia.” disse Jesse Robbers da Quantum Delta NL, patrocinador do projeto. Embora ainda haja muito trabalho a ser feito, esta demonstração de nós compactos conectados por fibra urbana representa o arcabouço teórico que mais se aproxima do objetivo final de implementação prática.
Os autores que participaram deste estudo incluem Arian J. Stolk, Kian L. van der Enden, Marie-Christine Slater, Ingmar te Raa-Derckx, Pieter Botma, Joris van Rantwijk, JJ Benjamin Biemond, Ronald AJ Hagen, Rodolf W. Herfst, Wouter D. Koek, Adrianus JH Meskers, René Vollmer, Erwin J. van Zwet, Matthew Markham, Andrew M. Edmonds, J. Fabian Geus, Florian Elsen, Bernd Jungbluth, Constantin Haefner, Christoph Tresp, Jürgen Stuhler, Stephan Ritter e Ronald Hanson.
