O Teletransporte para uma Internet quântica

A física quântica é um campo que parece dar aos cientistas superpoderes. Aqueles que entendem o mundo das partículas extremamente pequenas ou frias podem realizar proezas incríveis com elas, incluindo o tele transporte, o que parece dobrar a realidade.

A ciência por trás destes feitos é complicada, e até recentemente, não existia fora do ambiente de laboratório. Mas isso está mudando: os pesquisadores começaram a implementar o teletransporte quântico em contextos do mundo real. Ser capaz de fazê-lo poderia revolucionar as comunicações telefônicas e de Internet modernas, levando a mensagens altamente seguras e criptografadas.

Um artigo publicado na revista Nature Photonics em co-autoria de engenheiros no Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia, detalha as primeiras experiências com o teletransporte quântico em uma rede de cabos de fibra metropolitana. Pela primeira vez, o fenômeno foi testemunhado em distâncias longas na infra-estrutura real da cidade. No Canadá, pesquisadores da Universidade de Calgary teletransportado o estado quântico de um fóton mais de 3,7 milhas (6 quilômetros) em cabos "dark" sob a cidade de Calgary. Isso é um novo recorde para a maior distância do teletransporte quântico em uma rede metropolitana real.

Enquanto distâncias mais longas tinham sido registrados no passado foram realizadas em ambientes de laboratório, onde os fótons foram disparados através de carretéis de cabo para simular a perda de sinal causada por longas distâncias. Esta última série de experimentos em Calgary testou o teletransporte quântico em infra-estrutura real, o que representa um grande avanço para a tecnologia.

"Demonstrar os efeitos quânticos como o teletransporte fora de um ambiente de laboratório envolve todo um novo conjunto de desafios. Esta experiência mostra como esses desafios podem ser superados e, portanto, é um marco importante para o futuro da Internet quântica", disse Francesco Marsili, um dos os JPL co-autores. "A comunicação quântica desbloqueia algumas das propriedades únicas da mecânica quântica, por exemplo, o intercâmbio de informações com o máximo de segurança ou de interligação de computadores quânticos."

sensores de fótons para o experimento foram desenvolvidos por Marsili e Matt Shaw do JPL Laboratório de microdispositivos, juntamente com colegas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, Boulder, no Colorado. Sua experiência foi fundamental para os experimentos: a internet quantica é feita com fótons, e requer alguns dos sensores mais sensíveis do mundo, a fim de saber exatamente o que está acontecendo com a partícula.

"A plataforma detectora supercondutora, que foi pioneira por pesquisadores do JPL e NIST, faz com que seja possível detectar fótons individuais em comprimentos de onda dos níveis utilizados nas telecomunicações com eficiência quase perfeita e praticamente nenhum ruído. Isto não era possível com detectores anteriores, e assim experimentos como o nosso, usando a infra-estrutura de fibra existente, teria sido quase impossível sem detectores do JPL" disse Daniel Oblak da Universidade do Instituto de Calgary para a Ciência e Tecnologia Quântica.

E-mails mais seguros utilizando a física quântica:

Encolha para o nível de um fóton, e a física começa a ter regras bizarras. Os cientistas que entendem essas regras podem "emaranhar" duas partículas de modo que suas propriedades estejam ligadas. O emaranhamento é um conceito incompreensível em que as partículas com características diferentes, ou estados, podem ser ligados através do espaço. Isso significa que tudo o que afeta o estado de uma partícula afeta a outra, mesmo se elas estejam a quilômetros de distância separados uma da outra.

Este é o lugar onde o teletransporte entra. Imagine que você tem duas partículas emaranhadas (vamos chamá-las de Photon 1 e Photon 2). Quando o Photon 2 é enviado para um local distante, lá este reúne-se com o Photon 3, e os dois interagem um com o outro. O estado do Photon 3 pode ser transferido para Photon 2, e automaticamente "teletransportado" para o gêmeo emaranhados, Photon 1. Esta transferência desencarnada acontece apesar do fato de que os fótons 1 e 3 nunca interagem.

Esta propriedade pode ser usada para troca segura de mensagens secretas. Se duas pessoas compartilham um par entrelaçado de fótons, a informação quântica pode ser transmitida de uma forma sem corpo, deixando um intruso sem nada para interceptar e consequentemente incapaz de ler a mensagem secreta.

Teletransporte significa ir na distância:

Este sistema de comunicações altamente seguro está sendo testado em vários campos, Marsili disse, incluindo indústrias financeiras e agências como a NASA, que querem proteger os seus sinais de dados espaciais. Os supercondutores detectores de fótons individuais desenvolvidos por Marsili, Shaw e seus colegas do NIST são um instrumento fundamental em fazer isso, porque o envio de fótons por longas distâncias conduzirá inevitavelmente a "perda" do sinal. Mesmo quando se utiliza um laser no espaço, a luz se difunde ao longo do raio enfraquecendo o poder do sinal a ser transmitido.

O próximo passo é a construção de repetidores que podem se teletransportar ainda mais o estado de um fóton de um local para o outro. Assim como os repetidores são usados para transportar outros sinais de telecomunicações através de longas distâncias, eles poderiam ser usados para teletransportar fótons emaranhados. Detectores de fótons super sensíveis permitiria repetidores enviarem fótons emaranhados em todo o país. Para as comunicações relacionadas com o espaço, repetidores nem sequer seriam necessários; fótons poderiam eventualmente ser acionado para o espaço usando lasers, e os estados dos fótons poderiam ser teletransportados da Terra.

Repetidores não foram usados nas experiências de Calgary, as quais foram principalmente destinadas a estabelecer como o teletransporte quântico pode ser realizado fora do laboratório. Os pesquisadores usaram fibra de um único cabo óptico escuro da cidade sem a eletrônica ou equipamentos de rede que flui através deles.

"Usando detectores de supercondutores avançados, podemos usar fótons individuais para se comunicar de forma eficiente tanto a informação clássica quanto a quântica do espaço ao chão", disse Shaw. "Estamos planejando usar versões mais avançadas desses detectores para demonstrações de comunicação óptica do espaço profundo e de teletransporte quântico a partir da Estação Espacial Internacional."

Fonte: http://phys.org/news/2016-10-teleporting-quantum-internet.html

http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n10/full/nphoton.2016.180.html

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