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Criando um modem quântico para uma internet quântica

Inovação Tecnológica - Novembro 2020 266 Visualizações
Criando um modem quântico para uma internet quântica

Modem para internet quântica
Esquema do modem quântico, que pode ser conectado diretamente às atuais redes de fibras ópticas.
[Imagem: Christoph Hohmann]

Internet quântica
Assim como o seu modem permite conectar seu computador à internet, as futuras conexões à internet quântica exigirão modems quânticos.

E acaba de ser criado o primeiro modem quântico, que nasceu pelas mãos de Benjamin Merkel e seus colegas do Instituto Max de Óptica Quântica, na Alemanha.

É um dispositivo ainda muito simples, mas altamente eficiente, que faz uma interface entre os dispositivos quânticos - processadores e simuladores - e as redes de comunicação.

E, melhor ainda, ele pode ser integrado às redes atuais de fibras ópticas, otimizando as pesquisas das comunicações seguras viabilizadas pela criptografia quântica e os testes das primeiras redes de computadores quânticos.

Qubits estacionários e qubits voadores
O problema envolve garantir que os qubits "estacionários", aqueles dentro dos processadores quânticos, comuniquem-se com os qubits "voadores", aqueles que levam as informações de um lugar para outro, sem destruir os dados.

Qubits voadores são tipicamente quanta de luz, também chamados de fótons, que transportam a informação quântica pelo ar, pelo vácuo do espaço até satélites artificiais ou através de redes de fibra óptica.

O modem quântico faz justamente a conexão entre os qubits voadores e os qubits estacionários.

Modem para internet quântica
Esta é a coisa real, com o gabinete de espelhos visto no centro da imagem.
[Imagem: MPQ]

Modem quântico
A equipe usou átomos do elemento érbio como qubits estacionários, que são adequados porque seus elétrons podem dar um salto quântico que corresponde ao comprimento de onda infravermelho padrão dos fótons nas redes de fibra óptica.

No entanto, os fótons precisam sacudir os átomos de érbio intensamente para que o salto quântico aconteça. Para conseguir isso, a equipe embalou os átomos em um cristal transparente feito de um composto de silicato de ítrio, que é cinco vezes mais fino do que um fio de cabelo humano.

Dentro de um gabinete com dois espelhos, um de frente para o outro, os fótons voam para frente e para trás como bolas de pingue-pongue, passando muitas vezes pelo cristal. Dessa forma, eles induzem os átomos de érbio a darem seu salto quântico com muito mais eficiência e quase sessenta vezes mais rápido do que sem esse gabinete de espelhos. Como os espelhos, apesar de quase perfeitos, também são ligeiramente permeáveis aos fótons, um percentual calculado deles escapa, permitindo que o modem se conecte à rede.

Ainda não vai dar para comprar um modem quântico na próxima Black Friday, mas essa demonstração de conceito, sobretudo pela sua eficiência, promete acelerar as pesquisas rumo à internet quântica.

Bibliografia:
Artigo: Coherent and Purcell-Enhanced Emission from Erbium Dopants in a Cryogenic High-Q Resonator
Autores: Benjamin Merkel, Alexander Ulanowski, Andreas Reiserer
Revista: Physical Review X
Vol.: 10, 041025
DOI: 10.1103/PhysRevX.10.041025