Dentro brevemente
- Os engenheiros da Northwestern demonstraram o teletransporte quântico através dos cabos de fibra óptica existentes que transportam o tráfego da Internet, provando que a comunicação quântica e a clássica podem coexistir.
- Ao identificar comprimentos de onda com baixa interferência e usar filtros especiais, a equipe enviou com sucesso informações quânticas através de sinais de Internet de alta velocidade através de um cabo de 30 quilômetros.
- O trabalho simplifica a infraestrutura de rede quântica e estabelece as bases para comunicação segura e de longa distância usando sistemas existentes.
Os engenheiros da Northwestern University alcançaram o teletransporte quântico através de cabos de fibra óptica que já transportam tráfego de Internet, um avanço que poderia facilitar a infra-estrutura necessária para a computação quântica e a tecnologia avançada de sensores, relata a universidade.
A pesquisa, publicada na Optica, mostra que a comunicação quântica pode ser combinada com sinais clássicos de internet no mesmo cabo.
“Isso é incrivelmente emocionante porque ninguém pensou que fosse possível”, disse Prem Kumar, professor de engenharia elétrica na Northwestern e pesquisador principal do estudo. “Nosso trabalho aponta o caminho para a próxima geração de redes quânticas e legadas que compartilham uma infraestrutura unificada de fibra óptica. Basicamente, abre a porta para levar a comunicação quântica para o próximo nível. “
O que é teletransporte quântico?
O teletransporte quântico é uma forma de compartilhar informações com segurança por longas distâncias, sem transmiti-las fisicamente. O processo depende do emaranhamento quântico, onde duas partículas são conectadas de modo que o estado de uma afeta imediatamente o estado da outra, independentemente da distância entre elas. Isso permite que informações sejam transferidas entre partículas que podem estar separadas por quilômetros, evitando a necessidade de transmissão física direta.
“Na comunicação óptica, todos os sinais são convertidos em luz”, disse Kumar. “Enquanto os sinais convencionais utilizam milhões de partículas de luz, a informação quântica depende de fótons únicos.”
O processo depende de “medição destrutiva”, conforme descrito por Jordan Thomas, Ph.D. candidato no laboratório de Kumar e primeiro autor do estudo. “Ao realizar o acoplamento destrutivo em dois fótons – um carregando um estado quântico e outro ligado a outro fóton – o estado quântico é transferido para o fóton restante, que pode estar muito distante”, disse Thomas. “O teletransporte permite a troca de informações através de longas distâncias sem exigir que a própria informação percorra essa distância.”
Desafio: Navegação no Trânsito
Outro grande obstáculo foi provar que o teletransporte quântico poderia funcionar nos fios carregados de sinais da antiga Internet. Os delicados fótons únicos usados na comunicação quântica são facilmente superados pelos milhões de partículas de luz que constituem o tráfego normal da Internet. Kumar comparou o desafio a “uma bicicleta frágil tentando navegar em um túnel movimentado de caminhões pesados”.
Para resolver isso, Kumar e sua equipe estudaram como a luz se propaga entre cabos de fibra óptica. Eles identificaram os comprimentos de onda menos densos para suas imagens e adicionaram filtros para reduzir o ruído do tráfego da Internet. Esta preparação cuidadosa permitiu-lhes transmitir informações quânticas juntamente com dados clássicos sem interferência.
“Estudamos cuidadosamente como a luz se espalha e colocamos nossas imagens em uma área de julgamento onde essa dispersão é minimizada”, disse Kumar. “Descobrimos que podemos nos comunicar sem quantum em canais clássicos que existem simultaneamente.”
Avaliação de sucesso
Para testar esse método, os pesquisadores utilizaram um cabo de fibra óptica de 30 quilômetros de extensão com uma foto em cada extremidade. Eles enviaram informações quânticas e Internet de alta velocidade via cabo simultaneamente e mediram a qualidade das informações quânticas na extremidade receptora. Os resultados confirmaram que o teletransporte quântico funcionou, mesmo com a complexidade adicional do tráfego da Internet.
“Embora muitos grupos tenham investigado a coexistência da comunicação quântica e clássica na fibra, este trabalho é o primeiro a demonstrar o teletransporte quântico neste novo estado”, disse Thomas. “Essa capacidade de enviar informações sem transmissão direta abre as portas para aplicações quânticas mais avançadas que são realizadas sem fibra dedicada.”
Direções futuras
Olhando para o futuro, Kumar e sua equipe pretendem estender os experimentos a distâncias maiores e testar técnicas quânticas mais complexas, como a troca de emaranhamento. Isso envolve o uso de dois pares de fótons emaranhados para ampliar o alcance das redes de comunicação quântica. A equipe também planeja realizar experimentos usando cabos subterrâneos reais em vez de carretéis controlados em laboratório.
Kumar acredita que essas mudanças podem abrir caminho para uma comunicação quântica mais ampla. “O teletransporte quântico tem o potencial de fornecer conexões quânticas seguras entre nós distantes”, disse ele. “Se escolhermos as frequências certas, não teremos que construir novas infraestruturas. A comunicação clássica e a comunicação quântica podem coexistir. “
Este trabalho representa um passo importante para a integração da tecnologia quântica nas redes cotidianas, tornando as aplicações quânticas avançadas acessíveis e utilizáveis.
