Recentemente, cientistas que almejam criar uma versão segura da internet quântica foram beneficiados por dois avanços no armazenamento de informações quânticas, que eventualmente poderão possibilitar a comunicação segura por longas distâncias. Diferentemente da internet convencional, que utiliza sequências de dígitos binários (0s e 1s) na forma de sinais elétricos ou ópticos para transmitir dados, a internet quântica usaria bits quânticos. Esses bits são dependentes da propriedade quântica chamada entrelaçamento, um fenômeno no qual partículas podem estar conectadas e a medição de uma delas influencia instantaneamente o estado da outra, independentemente de quão distantes estejam.
Enviar esses bits quanticos emaranhados, também conhecidos como qubits, através de distâncias maiores, exige um dispositivo chamado repetidor quântico. Esse aparelho é capaz de armazenar o estado emaranhado na memória e reproduzi-lo para que possa ser enviado adiante. Para garantir que o sinal chegue de A a B sem perda de qualidade, seria necessário colocar repetidores quânticos em diversos pontos de uma rede de longa distância. Apesar de ainda não existirem, dois grupos de pesquisadores recentemente demonstraram a possibilidade de ter uma memória de emaranhamento duradoura em redes quânticas que se estendem por dezenas de quilômetros, uma característica essencial para o desenvolvimento desse tipo de dispositivo.
Can Knaut, from Harvard University, e seus colegas criaram uma rede quântica formada por dois nós separados por um cabo de fibra óptica de 35 quilômetros que se estende pela cidade de Boston. Cada nó possui tanto um qubit de comunicação, usado para transmitir informações, quanto um qubit de memória, que pode armazenar o estado quântico por até um segundo. “Nossa experiência nos deixa muito próximo de provar um repetidor quântico.”. Para estabelecer a conexão, Knaut e sua equipe emaranharam o primeiro nó, que contém um diamante com um furo do tamanho de um átomo, com um fóton que foi transmitido para o segundo nó, o qual também contém um diamante parecido.
Quando o fóton alcança o segundo diamante, ele se emaranha com ambos os nós. Os diamantes podem armazenar esse estado por um segundo. Nos próximos anos, pode ser possível demonstrar um repetidor quântico totalmente funcional utilizando tecnologia semelhante, permitindo a conexão de redes quânticas entre cidades ou países. Em trabalhos separados, Xiao-Hui Bao, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, e seus colegas emaranharam três nós juntos, cada um separado por aproximadamente 10 quilômetros na cidade de Hefei. A equipe de Bao utiliza nuvens super-resfriadas com centenas de milhões de átomos de rubídio para gerar fótons emaranhados, que são enviados pelos três nós.
O nó central dos três é capaz de coordenar esses fótons para conectar as nuvens de átomos, que funcionam como uma forma de memória. O avanço crucial para a rede da equipe de Bao é igualar a frequência dos fótons que se encontram no nó central, o que será fundamental para os repetidores quânticos conectando diferentes nós. Embora o tempo de armazenamento seja menor que o da equipe de Knaut, em 100 microssegundos, ainda é tempo suficiente para realizar operações úteis nas informações transmitidas. Essas demonstrações de memória de emaranhamento quântico são uma grande conquista em comparação com a situação das tecnologias de internet quântica há 10 anos, afirma Mohsen Razavi, da Universidade de Leeds, no Reino Unido.
No entanto, de acordo com Alex Clark da Universidade de Bristol, no Reino Unido, para que uma rede quântica seja totalmente funcional com repetidores, será necessário ter taxas de geração de emaranhamento mais altas. Ele afirma que isso indica uma rede quântica altamente escalável e com grande número de usuários. No momento, as taxas de emaranhamento são consideradas muito lentas devido a várias eficiências nos sistemas, o que requer um grande trabalho de engenharia quântica e de rede clássica para reduzir essas perdas e aumentar essas eficiências.
