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Informações quânticas foram teletransportadas por uma rede pela primeira vez

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Quando Heroes (agora transmitido no Peacock!) chegou ao ar em setembro de 2006, poucos personagens foram tão imediatamente amados quanto o apropriadamente chamado Hiro Nakamura. Concedida a capacidade de manipular o espaço-tempo, Hiro pode não apenas desacelerar, acelerar e parar o tempo, ele também pode se teletransportar de um lugar para outro. Essa é uma habilidade útil se você precisar chegar a um ponto específico no tempo e no espaço para combater um vilão ou impedir o fim do mundo. Também é útil se você quiser construir a internet quântica.

Pesquisadores da QuTech – uma colaboração entre a Universidade de Tecnologia de Delft e a Organização Holandesa de Pesquisa Científica Aplicada – recentemente deram um grande passo para tornar isso realidade. Pela primeira vez, eles conseguiram enviar informações quânticas entre qubits não adjacentes em uma rede rudimentar. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature.

Enquanto os computadores modernos usam bits, zeros e uns para codificar informações, os computadores quânticos usam bits quânticos ou qubits. Um qubit funciona da mesma maneira que um bit, exceto que é capaz de armazenar 0 e 1 ao mesmo tempo, permitindo uma computação mais rápida e poderosa. O problema começa quando você deseja transmitir essa informação para outro local. A computação quântica tem um problema de comunicação.

Hoje, se você deseja enviar informações para outro computador em uma rede, isso é feito em grande parte usando luz através de cabos de fibra óptica. As informações dos qubits podem ser transmitidas da mesma maneira, mas apenas de forma confiável em distâncias curtas. As redes de fibra óptica têm uma taxa de perda relativamente alta e dependem da clonagem de bits e do aumento de seu sinal para transmitir em distâncias significativas. Qubits, no entanto, não podem ser copiados ou impulsionados. Isso significa que, quando e se a informação for perdida, ela será perdida para sempre, e quanto mais longa a jornada, maior a probabilidade de isso acontecer.

É aí que entra Hiro Nakamura, ou pelo menos sua contraparte quântica. Para transmitir dados quânticos de forma confiável, os cientistas usam o teletransporte quântico, um fenômeno que se baseia no emaranhamento ou no que Einstein chamou de “ação assustadora à distância”.

Tal como acontece com todas as coisas quânticas, entender o emaranhamento não é o esforço mais fácil, mas, para nossos propósitos, vamos simplificar. Quando duas partículas estão emaranhadas, elas compartilham uma conexão, independentemente da distância física entre elas. Ao conhecer o estado de uma partícula emaranhada, você pode saber instantaneamente o estado da outra, mesmo que esteja fora de vista. É como fazer duas pessoas compartilharem um único par de sapatos. Se você sabe que a primeira pessoa está de posse do sapato direito, então você sabe que a segunda pessoa está com o esquerdo.

Usando essa conexão assustadora, os cientistas podem transmitir informações entre as duas partículas e essa informação aparece em uma partícula e desaparece na outra instantaneamente. É aí que entra a analogia com o teletransporte. Primeiro, está aqui, depois está lá, sem a necessidade de uma viagem por cabos. É importante ressaltar que apenas informações são transferidas, não qualquer matéria física. Nossas tecnologias de teletransporte ainda não estão nos níveis do BrundleFly.

O teletransporte quântico não é exatamente novo. Isso já foi feito antes, mas sempre entre duas partículas emaranhadas diretamente conectadas. Na linguagem das comunicações, é o equivalente quântico de conversar com seu amigo na sala ao lado usando duas latas conectadas por uma corda. Para criar uma verdadeira rede quântica, precisamos ser capazes de transmitir dados entre nós não adjacentes usando intermediários.

Nesse caso, os pesquisadores queriam transferir informações entre nós chamados Alice e Charlie, usando Bob como intermediário. Para que isso acontecesse, Bob criou um estado emaranhado com Alice e armazenou sua parte do emaranhado em um pouco de memória quântica. Em seguida, Bob repete esse processo com Charlie. Então, usando o que os pesquisadores da QuTech descrevem como “prestidigitação mecânica quântica”, Bob completa uma medição e passa o emaranhado entre Alice e Charlie.

Feito isso, Charlie prepara as informações que deseja enviar e completa uma complicada medição entre sua mensagem e sua metade do envolvimento com Alice. A mecânica quântica funciona, e a informação desaparece no lado de Charlie e aparece no de Alice.

Isso tem algumas implicações importantes para o futuro da comunicação. Primeiro, o uso de redes de teletransporte quântico evita a ameaça de perda de pacotes em cabos de fibra óptica. Em segundo lugar, ele efetivamente criptografa as informações do lado de Alice. Para decodificar as informações, você precisa saber o resultado do cálculo realizado por Charlie. A terceira coisa se baseia na primeira; apesar da transferência imediata de informação quântica, ainda estamos presos à velocidade da luz. Como você sabe, o limite de velocidade cósmica não é apenas uma sugestão, é a lei. O envio das informações de cálculo para Alice para decodificar as informações depende de comunicações mais tradicionais vinculadas à velocidade da luz. Sem rodeios.

Embora este seja um passo importante em direção a uma internet quântica, para construir os tipos de redes que precisaremos para o uso diário, precisaremos de muito mais nós. Mas, ei, mesmo a rede global de comunicações de hoje começou com um único telefone.

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