Teleportação quântica inédita de um estado quântico de luz por mais de 30 quilómetros de fibra ótica com tráfego de internet

Em 2024, uma equipa conseguiu teleportar um estado quântico de luz através de mais de 30 quilómetros de cabo de fibra ótica, ao mesmo tempo que o enlace era atravessado por uma enxurrada de tráfego de internet - um resultado de engenharia que, durante muito tempo, foi visto como inalcançável.

A demonstração, realizada por investigadores nos EUA, não o vai ajudar a “teletransportar-se” para o trabalho para fugir ao trânsito da manhã, nem vai tornar mais rápidos os seus vídeos favoritos de gatos.

Ainda assim, provar que é possível teleportar estados quânticos usando infraestruturas já existentes é um passo enorme rumo a uma rede de computação interligada por tecnologias quânticas, a esquemas de encriptação reforçados e a novas abordagens poderosas para deteção.

“É incrivelmente entusiasmante, porque ninguém achava que fosse possível”, afirma Prem Kumar, engenheiro de computação da Northwestern University que liderou o estudo.

“ O nosso trabalho mostra um caminho para redes quânticas e clássicas de próxima geração partilharem uma infraestrutura unificada de fibra ótica. Basicamente, abre a porta para levar as comunicações quânticas ao nível seguinte.”

Teleportação quântica: o que acontece ao estado quântico de luz

Com uma semelhança distante com os sistemas de transporte de Star Trek, que fazem “desaparecer” passageiros através do tempo e do espaço num instante, a teleportação quântica não desloca matéria de um ponto para outro. Em vez disso, pega no conjunto de possibilidades quânticas de um objeto num local e, ao destruí-lo de forma controlada, impõe essa mesma distribuição de possibilidades a um objeto equivalente noutro local.

Embora a medição dos dois objetos fixe os seus destinos no mesmo instante, a etapa de entrelaçar (emaranhar) as suas identidades quânticas continua a exigir o envio de uma única “onda” de informação entre dois pontos no espaço.

O desafio de atravessar fibra ótica com tráfego de internet

Tal como algodão-doce apanhado por uma chuvada de primavera, o estado quântico de qualquer objeto é uma névoa de possibilidades que corre o risco de “derreter” em realidade pouco depois de ser criada. Ondas eletromagnéticas de radiação e o choque térmico - o roçar e o embater de partículas em movimento - fazem com que o significado quântico se degrade rapidamente em decoerência, caso não exista alguma forma de proteção.

Manter estados quânticos protegidos dentro de computadores já é, por si só, um desafio. Fazer passar um único fotão por fibras óticas que vibram com transações bancárias, vídeos de gatos e mensagens de texto, e ao mesmo tempo preservar o seu estado quântico, é muito mais intimidante. É como atirar o seu algodão-doce quântico para o Mississippi e esperar que saiba tão bem no fim.

Para salvaguardar o estado desse fotão solitário perante uma corrente de 400 gigabits por segundo de tráfego de internet, a equipa recorreu a várias técnicas destinadas a restringir o canal do fotão e a diminuir a probabilidade de ele se dispersar e se misturar com outras ondas.

“Estudámos cuidadosamente a forma como a luz se dispersa e colocámos os nossos fotões num ponto criterioso onde esse mecanismo de dispersão é minimizado”, explica Kumar.

“Descobrimos que conseguíamos fazer comunicação quântica sem interferência dos canais clássicos que estão simultaneamente presentes.”

Porque este ensaio aproxima uma internet quântica

Outros grupos de investigação já tinham conseguido transmitir informação quântica em simultâneo com fluxos de dados clássicos em simulações da internet. No entanto, a equipa de Kumar foi a primeira a teleportar um estado quântico lado a lado com um fluxo real de internet.

Cada teste reforça a ideia de que uma internet quântica é inevitável, oferecendo aos engenheiros de computação um conjunto totalmente novo de ferramentas para medir, monitorizar, encriptar e calcular o nosso mundo de formas inéditas - sem ser necessário reinventar a internet para o conseguir.

“A teleportação quântica tem a capacidade de fornecer conectividade quântica de forma segura entre nós geograficamente distantes”, diz Kumar.

“Mas muitas pessoas assumiram durante muito tempo que ninguém iria construir infraestrutura especializada para enviar partículas de luz. Se escolhermos os comprimentos de onda corretamente, não teremos de construir nova infraestrutura. As comunicações clássicas e as comunicações quânticas podem coexistir.”

Esta investigação foi publicada na revista Optica.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em dezembro de 2024.