Internet quântica com Protocolo de Internet na fibra da Verizon: teste da Penn Engineering

Pesquisadores demonstraram que sinais quânticos conseguem atravessar fibra óptica comercial comum seguindo as mesmas regras do Protocolo de Internet (IP) usadas para transportar o tráfego online do dia a dia.

Esse resultado aproxima a internet quântica - por muito tempo apenas teorizada - da infraestrutura que já sustenta a web moderna.

Onde aconteceu

Entre dois prédios na Filadélfia, conectados por aproximadamente 1 km de fibra da Verizon, a equipa transmitiu estados quânticos por cabos de telecomunicações convencionais.

Na School of Engineering and Applied Science da University of Pennsylvania (Penn Engineering), Liang Feng mostrou que esses sinais podem obedecer às regras típicas da internet.

O Q-chip de Feng colocou um cabeçalho clássico legível antes da carga útil quântica, permitindo que roteadores tomassem decisões sem tocar no estado frágil.

Isso viabilizou o roteamento numa linha em uso real, mas não eliminou os limites de distância que ainda impedem redes quânticas mais amplas.

Internet quântica e roteamento

A rede quântica baseia-se no emaranhamento, uma ligação que conecta partículas separadas de modo que uma ação numa afeta a outra.

Em redes tradicionais, os roteadores inspecionam os dados enquanto eles passam, porque ler o pacote indica à rede para onde enviá-lo.

Se forem medidos diretamente, esses estados não suportam esse processo, já que a medição remove exatamente a informação que a rede precisa preservar.

Por isso, uma rede quântica funcional precisa descobrir o destino do tráfego sem ler a parte quântica em si.

Como os pacotes mudaram

Em vez de tratar o tráfego quântico como algo “estranho” ao sistema, o chip o acoplou a um sinal de luz comum que os roteadores conseguem ler.

Esse cabeçalho à frente carregava o Protocolo de Internet, o esquema de endereçamento por trás do tráfego online, para que as ferramentas de gestão existentes continuassem úteis.

Como o cabeçalho legível e a carga útil quântica permaneciam rigorosamente sincronizados no chip, as decisões de roteamento podiam ser feitas em tempo real.

O ponto central é que o método permite que tráfego quântico e clássico compartilhem uma mesma linguagem, em vez de exigir uma rede separada construída do zero.

Ler sem causar dano

Fora do laboratório, a fibra aquece e arrefece, vibra, sofre dobras e flexões - perturbações que desviam os sinais quânticos.

A solução da Penn passou a observar o cabeçalho clássico, porque as mesmas perturbações alteravam ambos os sinais quase da mesma forma.

“Como podemos medir o sinal clássico sem danificar o quântico, podemos inferir quais correções precisam ser feitas no sinal quântico sem nunca medi-lo, preservando o estado quântico”, disse Feng.

Assim, um ruído que é legível transforma-se num guia para proteger informação que seria destruída por uma inspeção direta.

Números na fibra

Mesmo numa fibra ruidosa da Verizon, o enlace manteve a fidelidade - a pontuação de sobrevivência do sinal - acima de 97%. Esse valor indica que, na maioria das vezes, o estado quântico chegava com forma próxima à que tinha ao sair da fonte.

Como o chip foi feito em silício usando métodos de fabrico já consolidados, o desenho também apontou para produção em escala real.

Desempenho elevado combinado com materiais familiares fez o experimento parecer menos um caso isolado e mais uma plataforma.

Importância da internet quântica

Além de segurança, redes quânticas podem servir a sensores e a clusters de computadores quânticos, aplicações descritas pelo National Institute of Standards and Technology (NIST).

Máquinas conectadas poderiam dividir problemas entre locais diferentes, enquanto sensores distribuídos comparariam o mesmo evento a partir de vários pontos ao mesmo tempo.

Essas possibilidades ajudam a explicar por que engenheiros continuam a levar o emaranhamento para fora de salas cuidadosamente controladas e em direção à infraestrutura pública.

O resultado da Penn ainda não entregou essas aplicações, mas indicou uma rota prática rumo às redes necessárias para viabilizá-las.

Quando a distância vence

Os obstáculos reaparecem quando o percurso fica maior, porque a informação quântica ainda não pode ser copiada e reforçada como um sinal óptico comum.

Na internet tradicional, a distância é superada com amplificadores, mas esse procedimento quebraria o próprio estado que um enlace quântico transporta.

Em vez disso, engenheiros precisam de um repetidor quântico, dispositivo pensado para estender ligações frágeis, antes que testes em escala de cidade possam evoluir para algo regional.

Até que essas máquinas amadureçam, as redes mais plausíveis no curto prazo tendem a ser locais, densas e cuidadosamente projetadas.

Não são apenas chaves

Outros experimentos com fibra já tinham enviado chaves quânticas especiais por longas distâncias, então a Penn não começou do zero.

Esses sistemas focavam em códigos seguros, e não em conectar processadores quânticos remotos por meio de emaranhamento partilhado.

O desenho em estilo de pacote da Penn destacou-se por mirar a conexão de estados quânticos em si, e não apenas a proteção de uma mensagem clássica.

Essa diferença separa a comunicação segura por si só do desafio mais difícil: construir uma rede quântica de verdade.

Escalar redes para a internet quântica

Até aqui, o arranjo conectou um servidor e um nó entre dois prédios, em vez de uma cidade inteira.

“Demos um passo fundamental rumo a experimentos em escala maior e a uma internet quântica prática”, disse Feng.

Adicionar mais chips à fibra urbana já instalada poderia ampliar o modelo sem esperar pela construção de um novo cabeamento do zero.

Isso faz o estudo soar menos como previsão e mais como um teste de campo de como a infraestrutura quântica inicial pode se espalhar.

O experimento da Penn indicou que a próxima disputa já não é a compatibilidade básica com a fibra, e sim a expansão prática para além de um único enlace.

Se repetidores, software de controlo e mais chips avançarem, a rede quântica pode começar a circular pelas mesmas ruas por onde passa a internet que as pessoas já usam.