Crédito: Pakpoom Makpan/iStock/Getty Image
Por: Prof. Roberto N. Onody *
Antes de ler este artigo, recomendo uma rápida leitura do texto sobre o computador quântico publicado em 11/12/2020 1.
Enquanto um computador clássico opera utilizando bits, variáveis que podem assumir somente os valores zero ou um, o computador quântico funciona utilizando os chamados qubits, que opera numa superposição desses estados, isto é, numa combinação linear ponderada de zeros e uns. No momento, os computadores quânticos que vem sendo estudados são aqueles que utilizam ou a polarização dos fótons, ou os circuitos supercondutores (que operam em baixas temperaturas). A velocidade de processamento de um computador quântico é exponencialmente maior do que aquela do computador clássico.
Muito embora, a construção de computadores quânticos esteja dando apenas seus primeiros passos, já se pesquisa quais seriam os requisitos necessários para a criação de uma rede de computadores quânticos interligados, isto é, uma rede de Internet quântica!
Para termos uma ideia de quão importante o assunto vem se tornando, em dezembro de 2018, o congresso norte americano aprovou um documento para implementar um programa nacional de iniciativa quântica2. Seu objetivo – estabelecer metas e prioridades para, em dez anos, acelerar o desenvolvimento da ciência de informação quântica e aplicações tecnológicas. Em março de 2020, a administração Trump fez uma proposta orçamentária de 1,5 bilhões de dólares (para o ano fiscal de 2021) para as áreas de inteligência artificial e ciência de informação quântica 3.
Redes terrestres, usualmente utilizam cabos de fibra ótica para transporte do sinal. Porém, ao longo da fibra ótica, fótons se perdem e há, consequentemente, um enfraquecimento do sinal. Na internet clássica, o problema se resolve através do uso de nós retransmissores. Neles, o sinal é amplificado e reemitido. Mas, no caso da internet quântica, a leitura feita por um retransmissor simplesmente destrói o estado de superposição e emaranhamento.
Numa comunicação quântica, pares de fótons emaranhados são enviados pela fibra ótica. o sinal segue encriptado ao longo de toda a fibra ótica até um repetidor que desencripta, encripta novamente e reenvia. Em 2017, foi feita a primeira comunicação quântica terrestre de longa distância entre Pequim e Shangai, uma distância de aproximadamente 2.000 km 4. Ela não foi genuinamente quântica porque utilizou 32 repetidores clássicos, que são exatamente os pontos vulneráveis para possíveis ataques de hackers. Como os repetidores quânticos, que estão em desenvolvimento atualmente, ainda estão engatinhando e sem uma implementação prática, os cientistas estão buscando uma solução não terrestre, via satélite.
Agora, em 2020, Juan Yin et al. 5 conseguiram enviar chaves quânticas (usando emaranhamento de fótons) a partir do satélite chinês de comunicação quântica Micius para duas bases terrestres em Delingha e Nanshan (distância de 1.120 km) na China, sem a utilização de nenhum repetidor.
Algoritmos de encriptação e desencriptação são praticamente de domínio público, o que faz a segurança de uma comunicação é a chave que encripta e desencripta a mensagem. Sabemos que uma chave clássica, mesmo que demore um tempo muito grande, pode ser quebrada. A interceptação é feita através de medidas que um bisbilhoteiro qualquer, mal-intencionado ou não, pode fazer monitorando, por um certo tempo, um canal clássico. Daí a necessidade de se usar uma chave quântica 6.
Esta é gerada no satélite Micius através de fótons emaranhados que, por serem independentes da fonte, são completamente seguros não deixando brechas para possíveis ataques. Esses pares de fótons emaranhados são, então, conduzidos para dois transmissores independentes (que estão dentro do próprio satélite Micius) e enviados aos telescópios das 2 estações terrestres. É preciso ressalvar aqui, que a velocidade de transmissão é realmente muito baixa, cerca de 0,12 bits por segundo. Mas, é um começo.
*Físico, Professor Sênior do IFSC – USP
(Agradecimento: Sr. Rui Sintra da Assessoria de Comunicação)
Referências:
1 Tendo como base os qubits – eis o Computador Quântico – Portal IFSC (usp.br)
3 FY21 Budget Request: DOE Office of Science | American Institute of Physics (aip.org)
4 Is China the Leader in Quantum Communications? | Inside Science
5 Juan Yin et al, Nature 582, 501-505 (2020).
6 Erika K. Carlson, Physics 13, 104 (2020)
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
