Pronta primeira rede quntica com mais de dois ns

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 13/04/2021

Qubits de diamante

Voc tem ouvido falar bastante sobre uma internet quntica graas a experimentos que tm demonstrado a interligao de qubits e conjuntos de qubits, criando os primeiros prottipos de redes qunticas, que um dia devero dar origem a uma rede das redes mundial super segura.

O que voc tambm deve ter notado que tudo o que foi feito at aqui consistia em interligar dois qubits, ou seja, redes com dois ns, um, geralmente chamado Bob, conversando com o outro, geralmente chamado Alice, eventualmente com um repetidor de sinais entre eles.

Agora, Matteo Pompili e colegas da Universidade de Tecnologia de Delft, nos Pases Baixos, conseguiram finalmente agregar um terceiro participante, chamado Charlie, e formar a primeira rede quntica de trs ns.

certo que, h poucos dias, voc tomou conhecimento de um chip semicondutor constitudo por uma matriz de 4 qubits, mas aqui a coisa bem diferente: Os trs qubits estavam separados por dezenas de metros – um deles estava em outro laboratrio – e foram interconectados por fibras pticas.

Isto torna o experimento a primeira rede quntica real, no apenas por interligar trs qubits, mas tambm por desenvolver as tcnicas para acrescentar um nmero ilimitado deles, trocando informaes entre si instantaneamente, por meio do teletransporte quntico.

Rede quntica

A rede quntica foi formada interligando trs qubits na forma de vacncias de nitrognio, pequenos defeitos no interior de um diamante, que funcionam como qubits naturais.

Para permitir a comunicao, um quarto qubit, feito com um tomo de carbono-13, funciona como memria associada a um dos qubits de diamante. Os qubits so colocados em entrelaamento quntico por um fton, que serve tambm para sinalizar essa interconexo.

Para que a rede funcione, primeiro dois qubits (Alice e Bob) so interconectados, e ento Bob copia seu dado para o qubit de memria auxiliar, no tomo de carbono. Com isso, ele fica disponvel para se comunicar com Charlie, refazendo o mesmo processo, o que o torna o n central.

Isso cria dois links, cada um com um estado entrelaado compartilhado: Um estado compartilhado entre Alice e o qubit de memria de Bob, e o outro compartilhado entre os qubits de comunicao de Bob e Charlie. O n central Bob ento executa uma operao conhecida como medio do estado de Bell em seus dois qubits. Essa medio teletransporta o estado armazenado no qubit de memria de Bob para Charlie, que por sua vez estabelece o entrelaamento direto entre Alice e Charlie.

Bob funciona como n central, tendo um qubit adicional, que funciona como memria auxiliar.
[Imagem: Matteo Pompili et al. (2021)]

Passos futuros

A equipe v dois desdobramentos prticos para sua demonstrao.

O primeiro seria a adio de mais qubits a cada n da rede, tornando esses ns no qubits isolados, mas processadores qunticos reais.

O segundo ser usar a rede quntica como plataforma para o desenvolvimento das camadas de controle da rede, necessrias para automatizar a comunicao pela rede quntica, liberando os computadores qunticos para fazerem suas tarefas e enviar seus dados, sem se preocuparem com os detalhes da comunicao, como ocorre na internet optoeletrnica atual.

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