Informática

Um choque de realidade na computação quântica

Um choque de realidade na computação quântica
O teletransporte começou em grandes laboratórios como este, sensíveis e complexos, mas se tornou prático para a computação quântica em 2013, e hoje já existem "salas" de teletransporte do tamanho de um chip.[Imagem: CQP/Bristol]

Paradigma tecnológico

É fácil traçar um vetor pelo paradigma tecnológico atual: computação -> telecomunicação -> redes -> internet.

Para traçar um vetor mais futurístico, rumo à plataforma tecnológica que se espera substituir a atual, é só acrescentar o qualificativo "quântico" a cada um desses itens.

Indo direto ao fim da cadeia, já existem várias propostas para uma internet quântica, mas o problema é que ainda não há um consenso entre os pesquisadores sobre qual das várias abordagens sendo testadas se tornará a base da nova plataforma, o que poderia ajudar a concentrar esforços e acelerar os desenvolvimentos.

O que se sabe é que essa plataforma se baseará em um fenômeno até recentemente só associado com a ficção científica: o teletransporte.

Teletransporte na realidade

O teletransporte quântico consiste na transferência da estrutura quântica de um objeto de um lugar para outro, sem transmissão física. Essa flexibilidade tornou o mecanismo uma ferramenta essencial para a computação quântica, as comunicações quânticas, as redes quânticas e, finalmente, a internet quântica.

Mas aqui também há controvérsias. Ainda que já existam "salas" de teletransporte do tamanho de um chip, o próprio fenômeno do teletransporte quântico entre luz e matéria desafia interpretações, de forma que não se sabe quais experimentos são mais promissores para uso prático futuro.

Foi esse dilema que uma equipe internacional de especialistas na área se reuniu para enfrentar. O grupo reviu e comparou as principais propostas teóricas em torno do teletransporte quântico enfocando as principais abordagens experimentais e as vantagens e desvantagens de cada uma.

Um choque de realidade na computação quântica
As primeiras memórias quânticas de longa duração guardam dados dentro de cristais. [Imagem: Solid State Spectroscopy Group/ANU]

Tecnologia híbrida

A principal conclusão da equipe é que nenhuma das tecnologias sozinha consegue fornecer uma solução perfeita. Logo, o caminho deverá levar ao desenvolvimento de mecanismos híbridos, aproveitando o melhor e o mais prático dos vários protocolos e estruturas sendo desenvolvidas pelas várias equipes ao redor do mundo.

Por exemplo, sistemas que utilizam qubits fotônicos detêm o recorde de distância de teletransporte - com 143 km - mas eles são probabilísticos, de forma que apenas 50% da informação pode ser teletransportada. Sistemas de teletransporte determinísticos, em que toda a informação pode ser transmitida, estão operando ainda na faixa dos milímetros de distância.

Para resolver este problema, os sistemas de fótons poderão ser usados em conjunção com os sistemas contínuos, que são 100% eficazes, mas atualmente limitados a curtas distâncias.

Mais importante ainda, a comunicação óptica baseada no teletransporte precisa de uma interface com memórias quânticas à base de matéria adequadas, nas quais a informação quântica possa ser armazenada e tratada posteriormente - as memórias quânticas de luz ainda parecem ser futurísticas demais.

Um choque de realidade na computação quântica
A transmissão quântica de informações via satélite também já é uma realidade. [Imagem: Giuseppe Vallone et al.]

Arquitetura da internet quântica

O professor Stefano Pirandola, da Universidade de Iorque, no Reino Unido - um dos proponentes de um conceito para detectar hoje eventuais máquinas do tempo do futuro - liderou a equipe que fez o comparativo das diversas abordagens de tecnologia quântica. É ele quem explica as conclusões da equipe.

"Nós não temos uma tecnologia universal ideal para o teletransporte quântico. O campo tem-se desenvolvido muito, mas parece que precisaremos contar com uma abordagem híbrida para obter o melhor de cada tecnologia disponível.

"O uso do teletransporte quântico como um bloco de construção para uma rede quântica depende de sua integração com as memórias quânticas. O desenvolvimento de boas memórias quânticas nos permitiria construir repetidores quânticos, ampliando assim o alcance do teletransporte. Eles também nos darão a capacidade para armazenar e processar a informação quântica transmitida em computadores quânticos locais.

"Em última instância, isto poderia finalmente formar a espinha dorsal de uma internet quântica. A arquitetura híbrida provavelmente contará com comunicação óptica quântica de longa distância baseada no teletransporte, interfaceada com dispositivos de estado sólido para processamento de informação quântica," concluiu Pirandola.

Bibliografia:

Advances in Quantum Teleportation
S. Pirandola, J. Eisert, C. Weedbrook, A. Furusawa, L. Braunstein
Nature Photonics
Vol.: 9, 641-652
DOI: 10.1038/nphoton.2015.154




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