Internet quântica: sinais quânticos em fibra óptica da Verizon com Protocolo de Internet

Pesquisadores descobriram que sinais quânticos conseguem percorrer fibra óptica comercial comum obedecendo às mesmas regras do Protocolo de Internet que conduzem o tráfego diário da web.

Com isso, a internet quântica - por muito tempo apenas prevista em teoria - passa a se encaixar na infraestrutura que já sustenta a internet moderna.

Onde aconteceu

Entre dois edifícios na Filadélfia conectados por cerca de 1 km de fibra da Verizon, a equipa transmitiu estados quânticos por cabos de telecomunicações usados no dia a dia.

Na University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science (Penn Engineering), Liang Feng demonstrou que esses sinais podem circular seguindo as regras habituais da internet.

O Q-chip de Feng inseriu um cabeçalho clássico legível antes da carga útil quântica, permitindo que roteadores escolhessem o caminho sem tocar no estado frágil.

Isso resolveu o problema do roteamento numa linha em funcionamento, mas não eliminou as limitações de distância que ainda impedem redes quânticas mais amplas.

Internet quântica e roteamento

A criação de redes quânticas dependia do emaranhamento, a ligação que conecta partículas separadas de modo que uma influência na outra.

Já os roteadores tradicionais verificam os dados enquanto eles atravessam a rede, porque a leitura do pacote indica para onde enviá-lo.

Quando medidos diretamente, estados quânticos não suportam esse processo, pois a medição remove justamente a informação que precisa ser preservada.

Por isso, uma rede quântica funcional precisava de um método para saber para onde encaminhar os dados sem ler a parte quântica.

Como os pacotes mudaram

Em vez de tratar o tráfego quântico como algo incompatível, o chip passou a emparelhá-lo com um sinal de luz comum, que os roteadores conseguem interpretar.

Esse cabeçalho, enviado à frente, trazia o Protocolo de Internet - o sistema de endereçamento por trás do tráfego online - para que as ferramentas de gestão já existentes continuassem a funcionar.

Como o cabeçalho legível e a carga útil quântica permaneciam precisamente sincronizados dentro do chip, as decisões de roteamento podiam ser tomadas em tempo real.

O ponto-chave é que o método fez tráfego quântico e clássico partilharem a mesma “língua”, em vez de exigir uma rede separada construída do zero.

Contornar danos sem medir

Fora do laboratório, linhas de fibra aquecem, arrefecem, sofrem vibrações e dobram - perturbações que desviam sinais quânticos do curso.

A solução da Penn passou a observar o cabeçalho clássico, porque essas mesmas perturbações empurram os dois sinais de forma quase igual.

“Because we can measure the classical signal without damaging the quantum one, we can infer what corrections need to be made to the quantum signal without ever measuring it, preserving the quantum state,” disse Feng.

Assim, um ruído que era legível tornou-se um guia para proteger uma informação que seria destruída se fosse inspecionada diretamente.

Números na fibra

Mesmo atravessando a fibra ruidosa da Verizon, a ligação manteve a fidelidade - uma pontuação de sobrevivência do sinal - acima de 97%. Esse valor indica que o estado quântico, na maioria das vezes, chegou muito próximo da forma que tinha ao sair da fonte.

Como o chip foi construído em silício com métodos de fabrico já estabelecidos, o desenho também sugeriu viabilidade de produção em escala real.

Desempenho robusto combinado com materiais familiares fez o experimento parecer menos um caso isolado e mais uma base tecnológica.

Importância da internet quântica

Para além de segurança, redes quânticas poderiam apoiar sensores e agrupamentos de computadores quânticos, aplicações descritas pelo National Institute of Standards and Technology (NIST).

Máquinas interligadas poderiam dividir problemas entre locais diferentes, enquanto sensores distribuídos conseguiriam comparar o mesmo evento a partir de múltiplos pontos ao mesmo tempo.

É por isso que engenheiros continuam a perseguir o emaranhamento fora de salas cuidadosamente controladas, levando-o para a infraestrutura pública.

O resultado da Penn ainda não entregou essas aplicações, mas apontou um caminho prático rumo às redes necessárias para elas.

Quando a distância prevalece

Os obstáculos reaparecem quando o percurso aumenta, porque a informação quântica ainda não pode ser copiada e reforçada como um sinal óptico comum.

Na internet tradicional, a distância é vencida com amplificadores; porém, esse procedimento quebraria o próprio estado que um enlace quântico transporta.

Em vez disso, engenheiros precisam de um repetidor quântico, um dispositivo pensado para estender ligações frágeis, antes que testes em escala urbana virem regionais.

Até que essas máquinas amadureçam, as redes mais plausíveis a curto prazo continuarão locais, densas e cuidadosamente projetadas.

Não é só sobre chaves

Outros testes em fibra já tinham enviado chaves quânticas especiais por distâncias longas, então a Penn não partiu do zero.

Esses sistemas priorizavam códigos seguros, e não a ligação de processadores quânticos remotos por emaranhamento partilhado.

O desenho em estilo de pacotes da Penn foi relevante porque mirou o tráfego de estados quânticos em si, e não apenas a proteção de uma mensagem clássica.

Essa diferença separa comunicação segura por si só do desafio maior: construir uma rede quântica verdadeira.

Escalar redes para a internet quântica

Até agora, a montagem conectou um servidor e um nó entre dois edifícios, e não uma cidade inteira.

“Estamos a dar um passo fundamental rumo a experiências em maior escala e a uma internet quântica prática”, disse Feng.

Ao acrescentar mais chips à fibra urbana já instalada, o modelo poderia crescer sem esperar a construção de uma rede de cabos totalmente nova.

Isso fez o trabalho parecer menos uma previsão distante e mais um teste de campo sobre como uma infraestrutura quântica inicial pode espalhar-se.

O experimento da Penn indicou que a próxima disputa já não é a compatibilidade básica com a fibra, e sim a expansão prática para além de um único enlace.

Se repetidores, software de controlo e mais chips avançarem, a rede quântica poderá começar a circular pelas mesmas ruas por onde já passa a internet que as pessoas usam hoje.