Teletransporte quântico foi realizado pela primeira vez via internet.

Em 2024, um estado quântico de luz foi teleportado com sucesso por mais de 30 quilómetros de cabo de fibra óptica, no meio de um intenso fluxo de tráfego de internet - um feito de engenharia que, durante muito tempo, foi tratado como inviável.

Embora a demonstração, conduzida por investigadores nos Estados Unidos, não permita “teletransportar-se” até ao trabalho para fugir ao trânsito da manhã nem tornar o download de vídeos de gatos mais rápido, ela abre um caminho muito mais relevante: levar teleportação quântica para a infraestrutura real já existente.

A capacidade de enviar estados quânticos através de redes atuais representa um avanço enorme rumo a uma rede de computação ligada por efeitos quânticos, com potencial para encriptação reforçada, internet quântica e novas abordagens de sensoriamento de alta precisão.

“Isto é incrivelmente empolgante porque ninguém achava que fosse possível”, afirma Prem Kumar, engenheiro de computação da Northwestern University e líder do estudo.

Veja o vídeo abaixo com um resumo do trabalho:

“O nosso trabalho mostra um caminho para redes quânticas e clássicas de próxima geração partilharem uma infraestrutura única de fibra óptica. Basicamente, isto abre a porta para levar as comunicações quânticas a um novo patamar.”

Como a teleportação quântica funciona (e por que não é ficção científica)

À primeira vista, a ideia lembra vagamente os sistemas de transporte de ficção científica que fazem pessoas “desaparecer” num ponto e “aparecer” noutro. Só que, na teleportação quântica, o que é transferido não é matéria, e sim o estado quântico - o conjunto de possibilidades que descreve um objeto quântico.

Em termos gerais, o processo pega nas possibilidades quânticas de um objeto num local e, ao destruir cuidadosamente esse estado no ponto de origem, faz com que o mesmo “equilíbrio” de possibilidades seja imposto a outro objeto semelhante noutro local. Quando se mede o resultado, os dois sistemas ficam com destinos correlacionados no mesmo instante - mas construir essa ligação exige, ainda assim, o envio de uma única “mensagem” de informação entre os pontos para completar o procedimento.

Para que isso funcione, entra em cena o entrelaçamento: uma correlação quântica que liga as propriedades de dois sistemas de forma que, ao observar um, obtemos informação sobre o outro. Contudo, manter essas propriedades quânticas estáveis é um desafio por si só.

O grande inimigo: a descoerência no mundo real

O estado quântico de qualquer sistema é delicado, como uma nuvem de possibilidades que pode colapsar para um resultado concreto pouco depois de ser criada. Radiação eletromagnética do ambiente e as interações térmicas - partículas em movimento a colidir, vibrar e “esfregar” umas nas outras - degradam rapidamente essas propriedades, levando à descoerência se não houver proteção.

Proteger estados quânticos dentro de computadores é uma batalha importante, mas enviar um único fóton por fibras ópticas que estão a transportar transações bancárias, vídeos e mensagens em simultâneo é uma tarefa muito mais difícil. A probabilidade de o sinal quântico se perder, espalhar, ou misturar com outros sinais cresce num ambiente tão “barulhento”.

Teleportação quântica em fibra óptica: estado quântico e internet a 400 Gb/s no mesmo cabo

Para preservar o estado do seu fóton em meio a um fluxo de internet de 400 gigabits por segundo, os investigadores combinaram técnicas para restringir o canal do fóton e reduzir as chances de ele se dispersar e se misturar com outras ondas.

Segundo Kumar, a equipa fez um estudo minucioso de como a luz se espalha dentro das fibras e posicionou os fótons num ponto específico em que o mecanismo de espalhamento é minimizado.

“Estudámos cuidadosamente como a luz se dispersa e colocámos os nossos fótons num ponto criterioso onde esse mecanismo de dispersão é minimizado”, diz Kumar.
“Descobrimos que conseguíamos realizar comunicação quântica sem interferência dos canais clássicos que estão presentes ao mesmo tempo.”

Outros grupos já tinham demonstrado, em simulações que imitam a internet, que seria possível transmitir informação quântica ao lado de fluxos de dados clássicos. Ainda assim, a equipa de Kumar foi a primeira a teleportar um estado quântico juntamente com um fluxo real de internet, num cenário de tráfego verdadeiro e não apenas controlado em laboratório.

O que isto muda para a internet quântica e para a segurança

Cada teste reforça a ideia de que a internet quântica não é apenas uma hipótese distante: ela parece cada vez mais inevitável. Para engenheiros e cientistas, isso significa ganhar um novo conjunto de ferramentas para medir, monitorizar, encriptar e calcular aspetos do mundo com capacidades que redes clássicas não oferecem - e, crucialmente, sem exigir a reconstrução completa da internet.

“A teleportação quântica tem a capacidade de fornecer conectividade quântica de forma segura entre nós geograficamente distantes”, afirma Kumar.

Ele também destaca um obstáculo prático que sempre travou o campo: a suposição de que ninguém investiria numa infraestrutura totalmente nova apenas para enviar partículas de luz com propriedades quânticas. A proposta demonstrada aqui contorna esse problema ao explorar a própria rede existente.

“Mas muitas pessoas assumiram durante muito tempo que ninguém construiria infraestrutura especializada para enviar partículas de luz. Se escolhermos os comprimentos de onda corretamente, não precisaremos construir nova infraestrutura. Comunicações clássicas e comunicações quânticas podem coexistir.”

Um ponto adicional - e decisivo para a adoção - é o impacto em políticas de cibersegurança e conformidade. Se redes quânticas passarem a operar lado a lado com sistemas atuais, organizações terão de definir padrões de gestão de chaves, auditoria e integração entre encriptação clássica e protocolos quânticos, especialmente em setores regulados como finanças, saúde e governo.

Também vale notar que, para ampliar distâncias e tornar redes quânticas mais robustas, soluções como repetidores quânticos e melhores métodos de correção de erros tendem a ganhar importância. Este tipo de demonstração, ao mostrar coexistência em fibra óptica real, ajuda a orientar onde e como esses elementos poderão ser incorporados sem “reinventar” toda a infraestrutura.

Publicação

A pesquisa foi publicada na revista Optica.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em dezembro de 2024.