Pesquisadores alcançaram um marco inovador ao revelar, pela primeira vez, a possibilidade de transportar imagens em uma rede sem a necessidade de enviar fisicamente a própria imagem.
Esta pesquisa destaca um avanço notável no transporte quântico de informações, alcançando a mais alta dimensionalidade até o momento. O método adotado pelos pesquisadores é notável por sua configuração inspirada no conceito de teletransporte, assegurando que as informações percorram o trajeto sem a necessidade de uma transferência física entre as partes comunicantes.
Publicada na Nature Communications, a pesquisa é resultado do trabalho colaborativo de uma equipe internacional da Universidade de Witwatersrand, sediada em Johanesburgo, e do ICFO – Instituto de Ciências Fotônicas, localizado na Espanha.
O estudo demonstra um tipo de transporte semelhante ao teletransporte, focado em “padrões” de luz, representando a primeira abordagem bem-sucedida para o transporte de imagens através de uma rede, sem a transmissão física da própria imagem.
Este avanço é crucial no desenvolvimento de uma rede quântica destinada a estados emaranhados de alta dimensão.
"A garantia de segurança da informação em comunicações quânticas de longa distância é um elemento crucial, e essa capacidade foi demonstrada por meio de estados bidimensionais (qubits) em distâncias significativas entre satélites.
Embora, à primeira vista, isso possa parecer suficiente ao ser comparado com a comunicação clássica, que se baseia no envio de bits codificados como 1s (sinal) e 0s (sem sinal), um de cada vez, a óptica quântica nos capacita a expandir o alfabeto. Isso permite a descrição segura de sistemas mais complexos em uma única tentativa, como uma impressão digital única ou a representação de um rosto.
“Tradicionalmente, duas partes que se comunicam enviam fisicamente as informações de uma para a outra, mesmo no reino quântico”, diz o professor Andrew Forbes, o principal PI da Wits University. “Agora, é possível teletransportar informações de modo que elas nunca viajem fisicamente pela conexão – uma tecnologia de “Jornada nas Estrelas” que se tornou real.”
Até o presente momento, o teletransporte havia sido demonstrado apenas com estados tridimensionais, comparáveis a uma imagem de três pixels. Essa abordagem exigia a utilização de fótons emaranhados adicionais para alcançar dimensões superiores.
No âmbito desta pesquisa inovadora, a equipe alcançou a primeira demonstração experimental do transporte quântico de estados de alta dimensão, utilizando apenas dois fótons emaranhados como recurso quântico.
Este avanço possibilitou que as informações fossem percebidas como sendo “teletransportadas” do remetente para o receptor.
Para viabilizar esse progresso, a equipe empregou um detector óptico não linear, eliminando a necessidade de fótons suplementares, enquanto mantinha a capacidade de funcionar para qualquer “padrão” que precisasse ser transmitido.
Os resultados revelam um novo estado da arte com 15 dimensões, e o esquema adotado é escalável para dimensões ainda maiores, abrindo perspectivas para conexões de rede quânticas com uma capacidade de informação substancialmente elevada.
Aplicações práticas em um ambiente bancário
O potencial inovador deste novo protocolo de transporte quântico é claramente representado na Figura 1. Considere um cliente que deseja transmitir informações confidenciais, como uma impressão digital, a um banco.
Nas comunicações quânticas convencionais, as informações precisam ser enviadas fisicamente do cliente para o banco, sujeitas ao risco de interceptação, mesmo que seja um meio seguro. No recente esquema proposto para o transporte quântico, o banco envia um único fóton, um dos pares emaranhados, sem carregar qualquer informação para o cliente.
Este último, então, sobrepõe o fóton em um detector não linear com as informações desejadas a serem transmitidas. Como resultado, as informações aparecem no banco como se tivessem sido teletransportadas, sem que haja a necessidade de enviar qualquer dado fisicamente entre as duas partes.
Esse método torna a interceptação ineficaz, enquanto o link quântico estabelece a conexão entre as partes por meio da troca de fótons quânticos emaranhados.
“Esperamos que esse experimento, que mostra a viabilidade do processo, motive mais avanços na comunidade de óptica não linear, ampliando os limites em direção a uma implementação quântica completa”, diz o Dr. Adam Vallés, do ICFO (Barcelona), um dos líderes do projeto que trabalhou no experimento durante sua bolsa de pós-doutorado na Universidade de Wits.
“Temos que ser cautelosos agora, pois essa configuração não pode impedir que um remetente trapaceiro mantenha cópias melhores das informações a serem teletransportadas, o que significa que poderíamos acabar com muitos clones do Sr. Spock no mundo de Jornada nas Estrelas, se é isso que Scotty queria.
De um ponto de vista prático, a configuração que demonstramos atualmente já pode ser usada para estabelecer um canal seguro de alta dimensão para comunicações quânticas entre duas partes, desde que o protocolo não precise ser alimentado com fótons únicos, como seria o caso dos repetidores quânticos.”
Reconhecimento da pesquisa de doutorado
Vallés acrescenta: “Realizar esses experimentos de prova de conceito com a tecnologia disponível atualmente tem sido uma jornada interessante, e temos que agradecer à Dra. Bereneice Sephton, da Wits, por sua determinação e pelo conjunto abrangente de habilidades necessárias para domar essa fera experimental. Esse é um verdadeiro esforço de laboratório, pelo qual ela deve ser elogiada.”
Forbes concorda com o sentimento: “Esse foi um experimento heroico e a Dra. Bereneice Sephton deve ser reconhecida, pois foi ela quem fez o sistema funcionar e realizou os principais experimentos.”
A equipe tem como objetivo persistir nessa trajetória, direcionando seus esforços para a próxima fase, que se concentra no transporte quântico em uma infraestrutura de rede de fibra óptica.
