Físicos criam a primeira "internet quântica": uma rede funcional de qubits e fótons que muda o jogo.
Físicos criam a primeira "internet quântica": uma rede funcional de qubits e fótons que muda o jogo.
Um novo sistema híbrido de fótons quânticos demonstra que a internet quântica não é mais apenas uma teoria: pesquisadores são capazes de transmitir dados por uma rede real usando qubits de luz e circuitos integrados.
Ninguém precisa nos explicar o quanto somos dependentes da internet. Nós o usamos para enviar mensagens, fazer chamadas de vídeo, verificar informações confidenciais e até mesmo gerenciar transações financeiras. Mas e se alguém pudesse interceptar essa informação sem que percebêssemos? Hoje, esse risco existe. No entanto, um grupo de pesquisadores demonstrou uma maneira radicalmente nova de transmitir dados: um verdadeiro passo em direção à chamada "internet quântica", uma rede na qual a informação não apenas viaja na velocidade da luz , mas é fisicamente impossível de clonar ou espionar sem deixar rastros.
Esse avanço é apoiado por um artigo publicado na Quantum Optics em abril de 2025, coautorado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Rochester, da Universidade de Rochester e outras instituições. Nele, é apresentado um sistema híbrido que combina cristais não lineares e circuitos fotônicos integrados para gerar e manipular pares de fótons emaranhados . Essa tecnologia não apenas resolve alguns dos principais gargalos das redes quânticas atuais, mas também funciona usando materiais compatíveis com redes de fibra óptica que já existem ao redor do mundo .
Uma rede quântica que já funciona
Ao contrário de muitas propostas teóricas ou configurações de laboratório difíceis de dimensionar, o experimento apresentado no artigo é baseado em componentes reais, miniaturizados e prontos para integrar. O sistema usa um cristal chamado PPKTP — titanil fosfato de potássio periodicamente polarizado — para gerar pares de fótons com comprimentos de onda muito diferentes: um na faixa visível (656 nm) e outro na faixa de telecomunicações (1536 nm).
Esses fótons estão emaranhados, o que significa que eles compartilham uma relação quântica que os torna inseparáveis em termos de informação . Esse entrelaçamento é fundamental para permitir que as informações sejam enviadas com segurança. Ao detectar o fóton visível, podemos garantir que sua contraparte — o fóton da banda de telecomunicações — existe e pode ser usado para transmitir dados codificados.
Mas a verdadeira força do projeto não está apenas na geração de fótons, mas na sua manipulação e detecção dentro de um chip fotônico integrado . De acordo com os autores, “ demonstramos uma plataforma que permite que nós quânticos remotos se comuniquem com segurança por meio de redes de fibra óptica ”.
Fonte: Optica QuantumQubits leves para redes invioláveis
Na Internet convencional, os dados são transmitidos por meio de pulsos elétricos ou luminosos que representam bits: zeros e uns. Em uma rede quântica, os protagonistas são os qubits (bits quânticos), que podem estar em uma superposição de estados. Isso permite novas maneiras de codificar e processar informações. Os fótons são candidatos ideais para qubits voadores porque viajam rapidamente, interagem pouco com o ambiente e podem ser enviados por fibras ópticas existentes.
A proposta desses pesquisadores se concentra em gerar pares de fótons onde um deles atua como um "arauto": se for detectado, garante que seu parceiro esteja disponível para transmitir informações. Este anunciado sistema de fótons permite uma comunicação muito mais confiável. E o mais inovador: tudo acontece em um dispositivo compacto, que combina o cristal PPKTP com um circuito fotônico integrado , sem a necessidade dos enormes e caros detectores supercondutores que normalmente são usados para detectar fótons individuais.
Na Internet convencional, os dados são transmitidos por meio de pulsos elétricos ou luminosos que representam bits: zeros e uns. Em uma rede quântica, os protagonistas são os qubits (bits quânticos), que podem estar em uma superposição de estados. Isso permite novas maneiras de codificar e processar informações. Os fótons são candidatos ideais para qubits voadores porque viajam rapidamente, interagem pouco com o ambiente e podem ser enviados por fibras ópticas existentes.
A proposta desses pesquisadores se concentra em gerar pares de fótons onde um deles atua como um "arauto": se for detectado, garante que seu parceiro esteja disponível para transmitir informações. Este anunciado sistema de fótons permite uma comunicação muito mais confiável. E o mais inovador: tudo acontece em um dispositivo compacto, que combina o cristal PPKTP com um circuito fotônico integrado , sem a necessidade dos enormes e caros detectores supercondutores que normalmente são usados para detectar fótons individuais.
Fonte: ChatGPT / EF
Um passo em direção a redes quânticas implantáveis
Um dos maiores desafios na construção de redes quânticas reais é a complexidade de seus componentes. Até agora, muitas configurações exigiam laboratórios especializados, óptica alinhada com precisão milimétrica e detectores resfriados a temperaturas criogênicas. Este projeto quebra essa barreira ao apresentar uma plataforma miniaturizada, estável e de fácil empacotamento.
A chave está na combinação do cristal não linear com o chip. Como explica o artigo, "Circuitos integrados fotônicos oferecem uma plataforma compacta e de fase estável para roteamento e manipulação de fótons com baixa perda". Isso significa que a rede pode ser fabricada em larga escala, o que é essencial para sua implementação prática.
Além disso, o chip integra elementos como interferômetros de Mach-Zehnder que permitem modular o estado do fóton. Isso abre a porta não apenas para a transmissão, mas também para o processamento quântico de informações. Essa rede poderia ser usada para conectar computadores quânticos distribuídos , sensores remotos ou sistemas de criptografia inquebráveis.
Resultados medidos, não simulados
O artigo não propõe apenas uma arquitetura: ele demonstra que ela funciona. Os pesquisadores mediram taxas de coincidência de fótons, perdas de inserção nos vários componentes do sistema e taxas de detecção em diferentes configurações. O sistema atingiu uma taxa de geração de pares de fótons de até 67 milhões por segundo e uma relação sinal-ruído adequada para aplicações práticas.
Uma inovação notável é o uso de silício no chip como filtro de ruído. O material em si atua como um supressor da luz da bomba que pode interferir em sinais úteis, eliminando a necessidade de filtros externos. De acordo com o estudo, “ guias de onda de silício podem fornecer supressão de bombeamento superior aos filtros externos, melhorando a taxa de coincidência ”.
Também foi avaliada a possibilidade de substituir os detectores criogênicos por diodos SPAD de avalanche, que operam em temperatura ambiente. Isso permite que os nós da rede quântica sejam implantados em condições normais, fora do laboratório, e continuem operando de forma confiável.
O artigo não propõe apenas uma arquitetura: ele demonstra que ela funciona. Os pesquisadores mediram taxas de coincidência de fótons, perdas de inserção nos vários componentes do sistema e taxas de detecção em diferentes configurações. O sistema atingiu uma taxa de geração de pares de fótons de até 67 milhões por segundo e uma relação sinal-ruído adequada para aplicações práticas.
Uma inovação notável é o uso de silício no chip como filtro de ruído. O material em si atua como um supressor da luz da bomba que pode interferir em sinais úteis, eliminando a necessidade de filtros externos. De acordo com o estudo, “ guias de onda de silício podem fornecer supressão de bombeamento superior aos filtros externos, melhorando a taxa de coincidência ”.
Também foi avaliada a possibilidade de substituir os detectores criogênicos por diodos SPAD de avalanche, que operam em temperatura ambiente. Isso permite que os nós da rede quântica sejam implantados em condições normais, fora do laboratório, e continuem operando de forma confiável.
Fonte: ChatGPT / EF
Testado em uma rede real
A equipe não estava satisfeita em testar seu sistema em um ambiente controlado. Em um dos experimentos mais impressionantes, eles conectaram seu dispositivo a uma rede real de fibra óptica de 38 quilômetros de extensão, a chamada Rochester Quantum Network (RoQNET) , que conecta o Instituto de Tecnologia de Rochester com a Universidade de Rochester. O sinal foi modulado, enviado e recebido corretamente, demonstrando que o sistema é compatível com a infraestrutura existente.
Apesar das perdas inevitáveis no canal (mais de 23 dB), a detecção de coincidência foi possível. Este é um passo crucial para futuras redes quânticas de larga escala. Em resumo, os autores afirmam que “ esta abordagem oferece estabilidade de fase e um tamanho de dispositivo muito menor em comparação aos sistemas tradicionais de espaço livre ou fibra ”.
A equipe não estava satisfeita em testar seu sistema em um ambiente controlado. Em um dos experimentos mais impressionantes, eles conectaram seu dispositivo a uma rede real de fibra óptica de 38 quilômetros de extensão, a chamada Rochester Quantum Network (RoQNET) , que conecta o Instituto de Tecnologia de Rochester com a Universidade de Rochester. O sinal foi modulado, enviado e recebido corretamente, demonstrando que o sistema é compatível com a infraestrutura existente.
Apesar das perdas inevitáveis no canal (mais de 23 dB), a detecção de coincidência foi possível. Este é um passo crucial para futuras redes quânticas de larga escala. Em resumo, os autores afirmam que “ esta abordagem oferece estabilidade de fase e um tamanho de dispositivo muito menor em comparação aos sistemas tradicionais de espaço livre ou fibra ”.
A tarefa pendente
Embora os resultados sejam promissores, os pesquisadores reconhecem limitações. O sistema ainda sofre com algumas perdas de acoplamento, especialmente ao transferir fótons do cristal para o chip. Uma leve fluorescência indesejada também foi detectada em alguns componentes, o que pode ser reduzido em versões futuras usando materiais com menor ruído óptico.
Além disso, embora tenha sido alcançada uma eficiência de geração de pares de fótons próxima ao máximo teórico (67 MHz/mW versus os 80 MHz/mW planejados), a eficiência final de todo o sistema — da geração à detecção — ainda pode ser otimizada. Segundo os autores, “ a eficiência estimada de anúncio no chip foi de 5,49 ± 1,63% ”.
O projeto do chip foi realizado com uma plataforma multifuncional não otimizada. Em versões futuras, espera-se que esse aspecto seja aprimorado, reduzindo perdas e aumentando a eficiência geral do sistema.
Tecnologia
A Declaração de Independência Digital de 1996, que buscava libertar a Internet do controle governamental: a história esquecida que poderia ter mudado tudo.
Christian Pérez
Rumo a uma rede quântica global
Este trabalho não é um simples experimento de laboratório: ele representa um passo firme em direção à implantação de redes quânticas reais, seguras e escaláveis. A integração de fontes de fótons, manipulação no chip e detecção eficiente abrem caminho para a internet quântica do futuro. Uma internet onde cada mensagem será protegida pelas leis fundamentais da física, não por algoritmos que podem ser comprometidos mais cedo ou mais tarde.
As aplicações são vastas: desde comunicações militares seguras até criptografia bancária invulnerável e redes de sensores quânticos de alta precisão . Este avanço coloca a comunidade científica um passo mais perto de uma nova era de conectividade. E, acima de tudo, demonstra que a ficção científica pode ser transformada em uma rede funcional feita de qubits, fótons e chips de silício.