Computação quântica: como será a internet super-rápida do futuro:bet nacional apostas

* Garantir a proteção contra hackers;

* Transmitir mensagens por longas distâncias sem perder parte delas;

* Direcionar mensagens por uma rede quântica.

Mas o que é um computador quântico?

É uma máquina capazbet nacional apostassolucionar problemas computacionais muito difíceisbet nacional apostasforma incrivelmente ágil.

Em computadores convencionais, a unidadebet nacional apostasinformaçãobet nacional apostas"bit" e pode ter um valor 1 ou 0. Seu equivalente no sistema quântico – o qubit (bit quântico) – pode ser 1 e 0 ao mesmo tempo. O fenômeno permite que múltiplos cálculos sejam realizados simultaneamente.

No entanto, qubits precisam ser sincronizados usando um efeito quântico conhecido como entrelaçamento, o que Albert Einstein chamoubet nacional apostasuma "ação fantasma à distância".

Há quatro tiposbet nacional apostascomputadores quânticos sendo desenvolvidos, que usam:

* Partículasbet nacional apostasluz;

* Íons presos;

* Qubits supercondutores;

* Centrosbet nacional apostasvacânciabet nacional apostasnitrogênio observadosbet nacional apostasdiamantes imperfeitos.

Computadores quânticos permitirão uma sériebet nacional apostasaplicações úteis, como modelar variaçõesbet nacional apostasreações químicas para descobrir novos medicamentos, desenvolver tecnologiasbet nacional apostasimagem para a indústriabet nacional apostassaúde a fimbet nacional apostasdetectar problemas no corpo ou acelerar a forma como são desenvolvidas baterias, novos materiais e eletrônicos flexíveis.

Poderbet nacional apostasprocessamento

Computadores quânticos podem ser mais poderosos que computadores clássicos, mas algumas aplicações exigirão ainda mais poderbet nacional apostasprocessamento do que um computador quântico oferece por si só.

Se for possível fazer com que essas máquinas se comuniquem entre si, elas poderão ser conectadas para formar um enorme computador. Mas, como há quatro tiposbet nacional apostascomputadores quânticos sendo criados hoje, eles não conseguirão se comunicar sem alguma ajuda.

Alguns cientistas defendem que a internet quântica seja baseada inteiramentebet nacional apostaspartículasbet nacional apostasluz (fótons), enquanto outros acreditam que seria mais fácil criar redes quânticasbet nacional apostasque a luz interagisse com a matéria.

"Luz é melhor para comunicação, mas qubitsbet nacional apostasmatéria são melhores para processamento", diz Joseph Fitzsimons, pesquisador do Centrobet nacional apostasTecnologias Quânticas da Universidade Nacionalbet nacional apostasCingapura, à BBC. "Você precisabet nacional apostasambos para fazer a rede trabalhar para estabelecer a correçãobet nacional apostassinal, mas é difícil fazê-los interagir."

É muito caro e difícil armazenar toda informaçãobet nacional apostasfótons, diz Fitzsimons, porque essas partículas não conseguem ver umas as outras e passam reto entre si,bet nacional apostasvezbet nacional apostasse chocarem. O especialista acredita que seria mais fácil usar a luz para comunicação e armazenar informação usando elétrons e átomos (na formabet nacional apostasmatéria).

Criptografia quântica

Uma aplicação crucial da internet quântica será a distribuiçãobet nacional apostaschaves quânticas,bet nacional apostasque uma chave secreta é gerada usando um parbet nacional apostasfótons entrelaçados e usada para criptografar informaçãobet nacional apostasuma forma que é impossível para um computador quântico quebrá-la.

Essa tecnologia já existe, e foi primeiro demonstrada no espaço por uma equipebet nacional apostaspesquisadores da Universidade Nacionalbet nacional apostasCingapura e da Universidadebet nacional apostasStrathclyde, no Reino Unido,bet nacional apostasdezembrobet nacional apostas2015.

Mas não é apenas dessa criptografia que precisaremos no futuro para garantir a segurançabet nacional apostasnossa informação. Cientistas também estão trabalhandobet nacional apostas"protocolos cegosbet nacional apostascomputador quântico", que permitem ocultar qualquer coisabet nacional apostasum computador.

"Você pode escrever algo, enviar para um computador remoto e a dona da máquina não conseguirá saber nada a respeito, a não ser a duração do processamento (do arquivo) e a quantidadebet nacional apostasmemória que usou", diz Fitzsimons.

"Isso é importante porque provavelmente não haverá muitos computadores quânticos quando eles surgirem, então, as pessoas vão querer rodar programas neles, como fazemos hoje com a nuvem."

Há duas abordagens possíveis para fazer uma rede quântica – com comunicaçõesbet nacional apostasterra ou pelo espaço. Ambos os métodos funcionam para enviar bits comunsbet nacional apostasdados pela internet atual, mas, se quisermos enviar dados como qubits no futuro, será muito mais complicado.

Para enviar partículasbet nacional apostasluz (fótons), podemos usar cabosbet nacional apostasfibra ópticabet nacional apostasterra. No entanto, os sinaisbet nacional apostasluz se deterioram ao longobet nacional apostasgrandes distâncias, porque os cabos às vezes absorvem a luz.

É possível evitar isso ao construir "estaçõesbet nacional apostasrepetição" a cada 50 km. Elas seriam basicamente laboratórios quânticosbet nacional apostasminiatura que tentariam reparar o sinal antesbet nacional apostasenviá-lo adiante para o próximo nódulo da rede. Mas esse sistema tem suas próprias complexidades.

Terra ou espaço?

E há as redes espaciais. Digamos que você queira enviar uma mensagem do Reino Unido para a Austrália. O sinalbet nacional apostasluz é enviadobet nacional apostasuma estaçãobet nacional apostassolo britânico para um satélite com uma fontebet nacional apostasluz instalada nele.

O satélite envia o sinalbet nacional apostasluz para outro satélite, que então envia o sinal para uma estaçãobet nacional apostassolo australiano, e a mensagem pode ser transmitida por meiobet nacional apostasuma rede quânticabet nacional apostasterra ou por uma rede tradicionalbet nacional apostasinternet para o destinatário.

"Como não há ar entre os satélites, não há nada para degradar o sinal", diz Jamie Vicary, pesquisador do departamentobet nacional apostasCiência da Computação da Universidadebet nacional apostasOxford, no Reino Unido, e membro do Hubbet nacional apostasTecnologiasbet nacional apostasInformação Quânticasbet nacional apostasRede (NQIT, na siglabet nacional apostasinglês).

"Se vocêbet nacional apostasfato quiser ter uma internet quânticabet nacional apostasescala global, soluções com base no espaço parecem ser a única formabet nacional apostasfazê-la funcionar, mas é a mais cara."

O teletransporte quântico pelo espaço já foi realizado com sucesso, e cientistas estão tentando provar que é possível fazer isso atravésbet nacional apostasdistâncias cada vez maiores.

Membros da Academiabet nacional apostasCiências Chinesa foram parar nas manchetesbet nacional apostasjunho quando conseguiram teletransportar fótons entrelaçados entre duas cidades na China localizadas a 1,2 mil kmbet nacional apostasdistância entre si. Eles usaram um satélite quântico especial chamado Micius.

Os mesmos cientistas chineses superaram recentemente o próprio recorde ao,bet nacional apostas29bet nacional apostassetembro, realizar a primeira ligação intercontinental por vídeo protegida por uma chave quântica, com pesquisadores da Áustria, a uma distânciabet nacional apostas7,7 mil km.

A ligação durou 20 minutos, e os participantes foram capazesbet nacional apostastrocar fotos criptografadas do satélite Micus e do físico austríaco Erwin Schrödinger.

Rupert Ursin, membro do Institutobet nacional apostasÓptica e Informação Quânticas da Academiabet nacional apostasCiências Austríaca, acredita que a internet quântica demandará redesbet nacional apostasterra e pelo espaço operandobet nacional apostasparalelo. "Nas cidades, precisamosbet nacional apostasredesbet nacional apostasfibra, mas as conexões a grandes distâncias terábet nacional apostasser realizada com comunicações por satélite."

Como funciona uma chavebet nacional apostasdistribuição quântica?

Para entender como funciona uma chave quântica, precisamos voltar à chamadabet nacional apostasvídeo entre cientistas chineses e austríacos. O satélite Micius usoubet nacional apostasfontebet nacional apostasluz para estabelecer conexões ópticas com as estaçõesbet nacional apostasterra na Áustria e na China. Foi então capazbet nacional apostasgerar uma chave quântica.

O mais interessante da criptografia quântica é que você pode detectar quanto alguém tentou interceptar a mensagem antesbet nacional apostasela chegar ao destinatário ou quantas pessoas tentaram acessá-la.

O Micius foi capazbet nacional apostasdizer que a criptografia não havia sido violada e que ninguém estava ouvindo à ligação. Deu então o 'ok' para criptografar os dados usando a chave secreta e transmiti-los por uma rede públicabet nacional apostasinternet.

Mensagens

Diversos gruposbet nacional apostascientistas estão desenvolvendo redesbet nacional apostasterra ao trabalharbet nacional apostastecnologiasbet nacional apostasestaçõesbet nacional apostasrepetição quânticas, localizadas a cada 50 km, conectadas por cabosbet nacional apostasfibra óptica.

Essas estações, conhecidas como "nódulosbet nacional apostasrede quânticos", precisarão realizar diversas ações para direcionar as mensagens pela rede.

Primeiro, cada nódulo precisa reparar o sinal e potencializar o sinal que ficou prejudicado ao percorrer os 50 km anteriores da rede.

Imagine que você esteja usando uma máquinabet nacional apostasfax para enviar um documentobet nacional apostasuma página para outra pessoa e, cada vez que você manda a página, uma parte diferente da mensagem fica faltando, e o destinatário precisa juntar as partes da mensagem obtidasbet nacional apostascada tentativa.

Isso é similar a como uma única mensagem pode ser enviada entre diferentes nódulosbet nacional apostasuma rede quântica.

Haverá muitas pessoas na rede, todas tentando falar umas com as outras. Então, o nódulo, ou a estação repetidora, terábet nacional apostasdescobrir como distribuir o poderbet nacional apostasprocessamento disponível para montar todas as mensagens sendo enviadas. Também terábet nacional apostasenviar mensagens entre a internet quântica e a internet clássica.

A Universidadebet nacional apostasDelft está construindo uma rede quântica usando vacânciasbet nacional apostasnitrogêniobet nacional apostasdiamantes, e isso demonstrou até agora ser capazbet nacional apostasarmazenar e distribuir as conexões necessárias para comunicações quânticas a grandes distâncias.

A Universidadebet nacional apostasOxford e a Universidadebet nacional apostasMaryland (EUA) estão construindo computadores quânticos que funcionambet nacional apostasforma similar a uma rede. Consistembet nacional apostasnódulosbet nacional apostasíons presos que foram conectadosbet nacional apostasrede para se comunicarem.

Quanto maior for o computador desejado, mais nódulos serão necessários adicionar, mas esse tipobet nacional apostascomputador quântico apenas transmite dados a curta distância.

"Queremos fazer com que sejam pequenos para que sejam bem protegidos da degradação do sinal, mas, se forem pequenos, eles não conseguirão armazenar muitos qubits", diz Vicary.

"Se conectarmos nódulosbet nacional apostasrede, então, ainda podemos ter um computador quântico sem precisar limitar o númerobet nacional apostasqubits e ainda assim proteger os nódulos."

Memória quântica

A estação repetidora também precisará um chipbet nacional apostasmemória quântico. Os nódulos criam "conexões", que consistembet nacional apostasparesbet nacional apostaspartículasbet nacional apostasluz entrelaçadas. Esses pares são preparados com antecedência.

Enquanto o nódulo calcula a rota pela rede que a mensagem terábet nacional apostaspercorrer, ele terábet nacional apostasarmazenar o parbet nacional apostasfótons entrelaçadosbet nacional apostasalgum local seguro, então, a memória quântica é necessária. Ela terábet nacional apostasarmazenar os fótons pelo tempo que for necessário.

Pesquisadores da Universidade Nacional Australiana (ANU, na siglabet nacional apostasinglês) desenvolveram um chipbet nacional apostasmemória quântica compatível com telecomunicações usando um tipo específicobet nacional apostascristal. Esse invento é capazbet nacional apostasarmazenar luz na cor correta ebet nacional apostasfazer isso por maisbet nacional apostasum segundo, o que é 10 mil vezes mais do que todas tentativas realizadas até agora.

"O principal desafio é demonstrar uma memória quântica com uma capacidadebet nacional apostasarmazenamento grande", diz Matthew Sellars, da ANU. "Será a capacidadebet nacional apostasarmazenamento que limitará a transmissãobet nacional apostasdados pela rede. Acredito que levará cinco anos antes que a tecnologia (para a internet quântica) seja algo usada na prática."