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Pesquisadores criam rede quântica de longa distância

Nova técnica de estabilização de banda dupla anula problema de flutuações de temperatura e tensão, permitindo comunicação quântica de longa distância

Redação

11/06/2021 às 14h00

computação quântica
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Legenda: Adobe Stock

O Laboratório de Pesquisa de Cambridge da Toshiba Europe anunciou nesta semana a primeira demonstração de comunicações quânticas em fibras ópticas com mais de 600 km de comprimento - avanço significativo para a construção de uma internet quântica global. O avanço permitirá a transferência de informações com segurança quântica de longa distância entre as áreas metropolitanas e é um grande avanço na construção da futura Internet quântica.

Pesquisadores da Toshiba demonstraram distâncias recordes para comunicações quânticas, introduzindo uma nova técnica de estabilização de banda dupla. A tecnologia envia dois sinais de referência óptica, em comprimentos de onda diferentes, para minimizar as flutuações de fase em fibras longas. O primeiro comprimento de onda é usado para cancelar as flutuações que variam rapidamente, enquanto o segundo comprimento de onda, no mesmo comprimento de onda que os qubits ópticos é usado para ajuste fino da fase, segundo a Toshiba.

Depois de implantar essas novas técnicas, os pesquisadores descobriram que é possível manter a fase óptica de um sinal quântico constante em uma fração de um comprimento de onda, com uma precisão de 10s de nanômetros, mesmo após propagação por 100s de km de fibra. Sem cancelar essas flutuações em tempo real, a fibra se expandiria e se contrairia com as mudanças de temperatura, embaralhando as informações quânticas.

Isso pode ajudar muito a criar uma internet quântica de próxima geração que os cientistas esperam um dia abranger distâncias globais.

“Com esse sucesso na Tecnologia Quantum, a Toshiba está disposta a expandir ainda mais seus negócios quânticos com velocidade rápida. Nossa visão é uma plataforma para serviços de tecnologia da informação quântica, que não só permitirá a comunicação segura em escala global, mas também tecnologias transformacionais, como computação quântica baseada em nuvem e sensoriamento quântico distribuído”, disse Taro Shimada, vice-presidente Sênior Corporativo e diretor digital da Toshiba Corporation.

O termo Internet Quântica descreve uma rede global de computadores quânticos conectados por links de comunicação quântica de longa distância. A tecnologia pode permitir a solução ultrarrápida de problemas complexos de otimização na nuvem, um sistema de cronometragem global mais preciso e comunicações altamente seguras em todo o mundo.

Diversas iniciativas governamentais de grande porte para construir uma internet quântica foram anunciadas no mundo, como nos Estados Unidos, na União Europeia e na China.

Em comunicado, a Toshiba disse que a primeira aplicação para estabilização de banda dupla será para distribuição de chaves quânticas de longa distância (QKD). Os sistemas comerciais QKD são limitados a cerca de 100-200km de fibra.

Em 2018, a empresa propôs o protocolo Twin Field QKD como uma forma de estender a distância e testou sua resiliência à perda óptica usando fibras curtas e atenuadores. Ao introduzir a técnica de estabilização de banda dupla, a Toshiba implementou agora o Twin Field QKD em fibras longas e demonstrou o QKD em 600 km, pela primeira vez.

“Este é um resultado muito emocionante”, comenta Mirko Pittaluga, primeiro autor do artigo que descreve os resultados. “Com as novas técnicas que desenvolvemos, extensões adicionais da distância de comunicação para QKD ainda são possíveis e nossas soluções também podem ser aplicadas a outros protocolos e aplicações de comunicações quânticas”.

Os detalhes do avanço foram publicados na última segunda-feira (7) na revista científica Nature Photonics. O trabalho foi parcialmente financiado pela UE através do projeto H2020, OpenQKD.

A equipe agora está projetando as soluções propostas para simplificar sua futura adoção e implantação.

“O QKD tem sido usado para proteger redes de áreas metropolitanas nos últimos anos. Este último avanço estende o alcance máximo de um link quântico, de modo que seja possível conectar cidades entre países e continentes, sem usar nós intermediários confiáveis. Implementado junto com o Satellite QKD, ele nos permitirá construir uma rede global para comunicações quânticas seguras”, disse Andrew Shields, chefe da Divisão de Tecnologia Quantum da Toshiba Europe.

Segurança

A chegada combinada do QKD multiplexado usando a infraestrutura existente para distâncias mais curtas, ao lado do Twin Field QKD para distâncias mais longas, abre o caminho para uma rede quântica segura globalmente viável comercialmente.

O QKD permite que os usuários troquem informações confidenciais com segurança (como extratos bancários, registros de saúde, chamadas privadas) em um canal de comunicação não confiável, como a Internet. Ele faz isso distribuindo aos usuários pretendidos uma chave secreta comum que pode ser usada para criptografar e, assim, proteger as informações trocadas pelo canal de comunicação.

A segurança da chave secreta repousa sobre as propriedades fundamentais dos sistemas quânticos individuais (fótons, as partículas de luz) que são codificados e transmitidos para a geração da chave. No caso de esses fótons serem interceptados por um usuário não designado, a física quântica garante que os usuários pretendidos possam perceber a escuta e, consequentemente, proteger a comunicação.

Ao contrário de outras soluções de segurança existentes, a segurança da criptografia quântica deriva diretamente das leis da física que usamos para descrever o mundo ao nosso redor e, por esta razão, é protegida contra quaisquer avanços futuros em matemática e computação (incluindo o advento dos computadores quânticos ), explica a empresa em comunicado.

Diante disso, a Toshiba prevê que o QKD se torne uma ferramenta essencial para proteger as comunicações de operação crítica para empresas e governos.

(Com informações de ZDNet)