Os cientistas conseguiram entrelaçar duas memórias quânticas através de 50 quilómetros de cabos de fibra óptica, uma distância quase 40 vezes superior ao recorde anterior.
Este resultado torna muito mais credível a perspectiva de uma internet quântica ultrarrápida e extremamente segura.
A comunicação quântica depende do entrelaçamento quântico, aquilo a que Einstein chamou «acção fantasmagórica à distância»: duas partículas ficam indissociavelmente ligadas e dependentes uma da outra, mesmo quando não estão no mesmo local.
A memória quântica é o equivalente quântico da memória na computação clássica - permite guardar informação quântica para a utilizar mais tarde - e desenvolver esta memória fixa é essencial para que os computadores quânticos se tornem realmente práticos e úteis.
«O principal significado deste artigo reside em alargar a distância de entrelaçamento em fibra [óptica] entre memórias quânticas à escala de uma cidade», disse à Australian Broadcasting Corporation o líder da equipa, Jian-Wei Pan, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.
Memórias quânticas e entrelaçamento em fibra óptica
O entrelaçamento de partículas de fotões, ou luz, já foi alcançado no passado a grandes distâncias, tanto através do espaço vazio como de fibras ópticas. Contudo, a introdução de memória quântica torna o processo bastante mais complexo. Os investigadores defendem que uma abordagem diferente poderá ser mais adequada: o entrelaçamento átomo-fotão entre nós sucessivos - em que os átomos funcionam como nós e os fotões transportam as mensagens.
Por outras palavras, trata-se de entrelaçamento de fotões com uma particularidade: a adição de matéria atómica, para obter maior eficiência, fiabilidade e estabilidade.
Com uma rede adequada de nós, esta solução poderá oferecer uma base mais sólida para a internet quântica do que o entrelaçamento quântico puro, que utiliza apenas fotões.
Nesta experiência, as duas unidades de armazenamento da memória quântica eram compostas por átomos de rubídio arrefecidos até um estado de baixa energia. Ao serem associados a fotões entrelaçados, cada um passa a integrar um sistema entrelaçado.
Infelizmente, quanto maior for a distância que um fotão tem de percorrer entre os átomos, maior é o risco de perturbação desse sistema. É por isso que este novo recorde é tão impressionante.
A melhoria substancial da distância foi possibilitada por uma técnica denominada reforço por cavidade, que reduz a perda no acoplamento dos fotões durante o entrelaçamento.
Em termos simples, os átomos de memória quântica são colocados em anéis especiais, o que diminui o ruído aleatório capaz de interferir e destruir a memória. A cavidade também tem a vantagem adicional de melhorar a recuperação da informação quântica.
Os átomos e fotões acoplados produzidos pelo reforço por cavidade constituem o nó. Depois, os cientistas converteram os fotões para uma frequência apropriada à transmissão em redes de telecomunicações - neste caso, uma rede de telecomunicações à escala de uma cidade.
Rumo a uma internet quântica de longa distância
A equipa de Pan já tinha estabelecido anteriormente um recorde de entrelaçamento quântico, ao transmitir fotões entrelaçados entre um satélite e a Terra por uma distância de 1 200 km (750 milhas), em 2017. Embora este sistema de satélite funcione bem no espaço, os cabos de fibra óptica podem reduzir a perda de sinal na atmosfera terrestre, onde existe muita interferência.
Nesta experiência, os nós atómicos estavam no mesmo laboratório, mas os fotões tiveram ainda assim de atravessar cabos com mais de 50 km. Persistem dificuldades para separar fisicamente os átomos por uma distância maior, mas a prova de conceito já foi demonstrada.
«Apesar dos enormes progressos, actualmente a separação física máxima alcançada entre dois nós é de 1,3 quilómetros [0,8 milhas], e continuam a existir desafios para distâncias mais longas», explicam os investigadores no artigo publicado.
«A nossa experiência poderia ser alargada a nós fisicamente separados por distâncias semelhantes, que formariam assim um segmento funcional da rede quântica atómica, abrindo caminho ao estabelecimento de entrelaçamento atómico através de muitos nós e por distâncias muito maiores.»
É nesse ponto que a situação se tornaria realmente interessante. Embora as memórias quânticas possam equivaler à memória dos computadores na física clássica, a versão quântica deverá conseguir fazer muito mais: processar mais informação em menos tempo e resolver problemas que estão fora do alcance dos computadores actuais.
No que respeita à comunicação desses dados, a tecnologia quântica promete aumentar as velocidades de transmissão e proteger as transferências de dados através das próprias leis da física - desde que seja possível fazê-la funcionar de forma fiável a longas distâncias.
«Uma internet quântica que ligue processadores quânticos remotos deverá permitir várias aplicações revolucionárias, como a computação quântica distribuída», escrevem os investigadores no artigo publicado. «A sua concretização dependerá do entrelaçamento de memórias quânticas remotas ao longo de grandes distâncias.»
A investigação foi publicada na Nature.
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