Cientistas testam internet quântica à prova de hacks

Talvez o segredo para uma internet mais segura, poderosa e potencialmente impossível de hackear possa estar presente dentro de um armário adequado aparentemente para vassouras e esfregões, em um porão na cidade de Chicago.

Um cubículo, literalmente, no meio de um laboratório da Universidade de Chicago, contém um fino rack com hardware que dispara discretamente partículas quânticas em uma rede de fibra óptica. 

E qual o objetivo? Usar os menores objetos da natureza para compartilhar informações sob criptografia que não podem ser quebradas e, eventualmente, conectar uma rede de computadores quânticos capazes de cálculos monstruosamente grandes.

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Os Estados Unidos, a China e outros países estão competindo para aproveitar as propriedades das partículas quânticas a fim de processar informações de novas e poderosas maneiras, sendo que essa tecnologia pode oferecer grandes benefícios econômicos e de segurança nacional aos países que a dominam.

A investigação quântica é tão importante para o futuro da internet que está atraindo novos financiamentos federais, inclusive do Chips and Science Act. Isso porque, se der certo, a internet quântica poderá proteger transações financeiras e dados de saúde, impedindo o roubo de identidade e outros tipos de hackers.

É importante ressaltar que, apenas na semana passada, três físicos compartilharam o Prêmio Nobel de pesquisa quântica que ajudou a pavimentar o caminho para essa futura internet.

A pesquisa quântica ainda tem muitos obstáculos a serem superados antes de atingir uma utilização generalizada. Mas bancos, empresas de saúde e outros estão começando a realizar experiências com a Internet quântica. 

Algumas indústrias também estão mexendo com computadores quânticos em fase inicial para ver se eles podem resolver problemas que os computadores atuais não conseguem, como por exemplo: descobrir novos medicamentos para tratar doenças ainda intratáveis.

Grant Smith, estudante de pós-graduação da equipe de pesquisa quântica da Universidade de Chicago, disse que é muito cedo para imaginar todas as potenciais aplicações.

“Quando as pessoas fizeram as primeiras internets rudimentares conectando computadores de nível de pesquisa e universidades e laboratórios nacionais, eles não podiam prever o comércio eletrônico”, afirmou ele durante uma recente visita aos laboratórios da universidade.

O estudo da física quântica começou no início do século 20, quando cientistas descobriram que os menores objetos do universo, átomos e partículas subatômicas, se comportam de maneiras diferentes da matéria no mundo em grande escala, como parecer estar em vários lugares ao mesmo tempo.

Porém, agora a pesquisa está aproximando os cientistas para aproveitar mais as vantagens peculiares do mundo quântico. David Awschalom, professor da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago e líder da equipe quântica, chama isso de “segunda revolução quântica”.

O campo está “tentando projetar a maneira como a natureza se comporta em seu nível mais fundamental para o nosso mundo e explorar esses comportamentos para novas tecnologias e aplicações”, disse ele.

Os computadores e redes de comunicação existentes armazenam, processam e transmitem informações, dividindo-as em longos fluxos de bits, que normalmente são pulsos elétricos ou ópticos, representando zero ou um.

As partículas quânticas, também conhecidas como bits quânticos, ou qubits, podem existir como zeros e uns ao mesmo tempo, ou em qualquer posição entre eles, uma flexibilidade conhecida como “superposição” que lhes permite processar informações de novas maneiras.

Os bits quânticos também podem exibir um “emaranhamento”, onde duas ou mais partículas estão ligadas e se espelham exatamente, mesmo quando separadas por grandes distâncias físicas. Albert Einstein chamou isso de “ação assustadora à distância”.

A equipe em Chicago está usando fótons – que são partículas quânticas de luz – para enviar chaves de criptografia pela rede, para ver o quão bem elas viajam através de fibras. 

As partículas quânticas são extremamente delicadas e têm a propensão de funcionar mal ao menor distúrbio, como uma pequena vibração ou mudança de temperatura, portanto, enviá-las por longas distâncias do mundo real ainda é um desafio.

Na universidade, um hardware construído pela empresa japonesa Toshiba emite pares de fótons emaranhados, e envia um de cada par pela rede para Argonne, que fica a 48 quilômetros de distância, em Lemont, Illinois.

Qualquer pessoa que tentar invadir a rede para interceptar a chave falhará, disse Awschalom, porque as leis da mecânica quântica dizem que qualquer tentativa de observar partículas em um estado quântico altera automaticamente as partículas e destrói a informação que está sendo transmitida. Ele também alerta o remetente e o destinatário sobre a tentativa de espionagem. Esta é uma das razões pela qual os cientistas acreditam que a tecnologia é tão segura e promissora.

“Há enormes dificuldades técnicas a serem superadas, mas você pode argumentar que isso pode se tornar tão importante quanto a revolução tecnológica do século 20 que nos deu o laser, o transistor e o relógio atômico e, portanto, o GPS e a internet”, disse Steven Girvin, professor de física em Yale, sobre as recentes descobertas na tecnologia quântica.

Em um outro laboratório próximo, Awschalom e seus colegas estão tentando desenvolver novos dispositivos que ajudarão os fótons a transportar informações por distâncias maiores.

Um dos problemas que eles estão tentando resolver: à medida que as minúsculas partículas de luz viajam pelas fibras de vidro da rede, as imperfeições no vidro fazem com que a luz se atenue após certa distância. Assim, os pesquisadores estão tentando desenvolver dispositivos que possam capturar e armazenar informações das partículas de luz enquanto viajam e depois enviar as informações novamente com uma nova partícula.

O objetivo é, um dia, conectar todos esses bancos de teste por meio de links de fibra e satélite, em uma internet quântica incipiente que possa abranger os Estados Unidos e, eventualmente, o mundo. 

À medida que a rede cresce, ela poderia ser usada não apenas para enviar informações criptografadas, mas para conectar computadores quânticos a fim de aumentar seu poder de processamento, da mesma forma que a nuvem faz para os computadores atuais.

“A ideia de uma internet quântica é algo que está em processo de nascimento”, disse Smith.

Via: The Washington Post

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