Internet quântica

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A internet quântica ou as redes quânticas formam um elemento importante da computação quântica e dos sistemas de comunicação quântica.^[1] As redes quânticas facilitam a transmissão de informações na forma de bits quânticos, também chamados de qubits, entre processadores quânticos separados fisicamente.^[2] Um processador quântico é um pequeno computador quântico capaz de executar portas lógicas quânticas em um certo número de qubits.^[3] As redes quânticas funcionam de maneira semelhante às redes clássicas.^[4] As redes quânticas facilitam a transmissão de informações - onde os computadores quânticos são vistos como nós, as conexões são estabelecidas por meio de canais quânticos. A Internet quântica promete mais segurança na web em um futuro próximo.^[5]

A principal diferença é que a rede quântica, como a computação quântica, é melhor na solução de certos problemas, como a modelagem de sistemas quânticos. Os protocolos de comunicação quântica baseados em correlações não clássicas podem ser mais eficientes do que os métodos clássicos conhecidos e oferecer segurança intrínseca à transferência direta de estado. Mais especificamente, a preparação do estado remoto visa a criação de um estado quântico desejado e conhecido em um local remoto usando comunicação clássica e emaranhamento quântico.^[6]

Em 2019, os cientistas implementaram uma comunicação quântica segura na banda de microondas em uma rede quântica local. Esta é a primeira vez que os cientistas relataram uma nova arquitetura que representa um passo crucial no caminho para a computação quântica distribuída.^[7] Cientistas da Universidade Autônoma de Barcelona criaram um protocolo que classifica e codifica os dados quânticos pelo estado em que foram preparados, com mais eficiência do que o algoritmo clássico equivalente. Este procedimento pode identificar grupos de sistemas quânticos preparados de forma idêntica.^[8] Outra pesquisa introduziu o conceito de comunicação através de redes de fibra herdadas com estados emaranhados multidimensionais, reunindo os benefícios da comunicação quântica existente com fótons polarizados com a comunicação de alta dimensão usando padrões de luz.^[9]

Fundamentos

Redes quânticas para computação

Computação quântica em rede ou computação quântica distribuída funciona ligando vários processadores quânticos através de uma rede quântica enviando qubits entre eles.^[10]

Redes quânticas para comunicação

No campo da comunicação quântica, alguém deseja enviar qubits de um processador quântico para outro por longas distâncias. Dessa forma, as redes quânticas locais podem ser intra-conectadas a uma internet quântica.^[11]

Visão geral dos elementos de uma rede quântica

A estrutura básica de uma rede quântica e mais geralmente uma internet quântica é análoga a uma rede clássica.^[12]

Aplicações

Uma internet quântica suporta vários aplicativos, habilitados pelo entrelaçamento quântico. Em geral, o entrelaçamento quântico é adequado para tarefas que exigem coordenação, sincronização ou privacidade.

Os aplicativos esperados usando a Internet Quantum ainda estão sendo desenvolvidos, pois estamos nos estágios formativos da Internet Quantum.^[13][14] No entanto, uma lista inicial (e não exaustiva) dos aplicativos a serem suportados na Internet Quantum pode ser identificada e classificada usando esquemas diferentes.

Classificação de controle x plano de dados

Os pesquisadores concentram-se na classificação centrada em telecomunicações do plano de controle versus o plano de dados, mas existem outros esquemas de classificação possíveis.^[15]

Marco histórico

Em 2021, pela primeira vez que os cientistas foram capazes de conectar-se como "nós", ou terminais de rede mais de dois qubits, que fazem os cálculos na computação quântica.^[16] Os pesquisadores criaram o sistema, que é composto de três nós quânticos emaranhados pela lei "spooky" da mecânica quântica que governam as partículas subatômicas.^[17]

Referências

1. Ananthaswamy, Anil. «The Quantum Internet Is Emerging, One Experiment at a Time». Scientific American (em inglês). Consultado em 24 de outubro de 2019 
2. Materese, Robin (21 de março de 2018). «Quantum Logic Gates». NIST (em inglês). Consultado em 24 de outubro de 2019 
3. «Podcast: Quantum logic gates in silicon, and moving on from lab disasters». Nature (em inglês). 17 de julho de 2019. doi:10.1038/d41586-019-02205-3 
4. «5 Intractable Problems Quantum Computing Will Solve». interestingengineering.com (em inglês). 15 de dezembro de 2018. Consultado em 24 de outubro de 2019 
5. «O que é Internet quântica? Conheça tecnologia que promete mais segurança». TechTudo. Consultado em 9 de novembro de 2019 
6. «The quantum internet is within reach». Tech Explorist (em inglês). 24 de outubro de 2019. Consultado em 24 de outubro de 2019 
7. «The quantum internet is within reach». www.tum.de (em inglês). Consultado em 24 de outubro de 2019 
8. «New quantum data classification protocol to work with quantum data». Tech Explorist (em inglês). 8 de novembro de 2019. Consultado em 8 de novembro de 2019 
9. «Realizing a future quantum network». Tech Explorist (em inglês). 25 de janeiro de 2020. Consultado em 27 de janeiro de 2020 
10. Caleffi, Marcello; Cacciapuoti, Angela Sara; Bianchi, Giuseppe (5 de setembro de 2018). Quantum internet: from communication to distributed computing!. NANOCOM '18 Proceedings of the 5th ACM International Conference on Nanoscale Computing and Communication. Reykjavik, Iceland: ACM. doi:10.1145/3233188.3233224 
11. Kimble, H. J. (19 de junho de 2008). «The quantum internet». Nature (em inglês). 453 (7198): 1023–1030. Bibcode:2008Natur.453.1023K. ISSN 0028-0836. PMID 18563153. arXiv:0806.4195. doi:10.1038/nature07127 
12. Van Meter, Rodney (2014). Quantum Networking. Hoboken: Wiley. pp. 127–196. ISBN 9781118648926. OCLC 879947342 
13. Wehner, Stephanie; Elkouss, David; Hanson, Ronald (19 de outubro de 2018). «Quantum internet: A vision for the road ahead». Science (em inglês). 362 (6412). ISSN 0036-8075. PMID 30337383. doi:10.1126/science.aam9288 
14. Castelvecchi, Davide (14 de fevereiro de 2018). «The quantum internet has arrived (and it hasn't)». Nature (em inglês). 554: 289–292. doi:10.1038/d41586-018-01835-3 
15. Wang, C. (14 de fevereiro de 2020). «Applications and Use Cases for the Quantum Internet». tools.ietf.org (em inglês). Consultado em 9 de julho de 2020 
16. Leprince-Ringuet, Daphne. «First multi-node quantum network paves the way for the quantum internet». ZDNet (em inglês). Consultado em 4 de maio de 2021 
17. May 2021, Ben Turner-Staff Writer 03. «Scientists make a breakthrough in developing the quantum internet». livescience.com (em inglês). Consultado em 4 de maio de 2021 

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