Pesquisas para criar um novo protocolo quântico da Internet já estão em desenvolvimento

Argonne National Laboratories é parte de um projeto de $ 61 milhões do Departamento de Energia que espera criar uma 'Internet quântica'.

O dinheiro do DOE irá para três projetos da Argonne que fazem parte dos movimentos para desenvolver sistemas de comunicação de fóton único, armazenamento de spin quântico e um protocolo de Internet que pode conectar vários sistemas de comunicação quântica, muito parecido com os protocolos governantes da Internet existentes.

Quantum Internet precisa ser interoperável

“O controle do mundo quântico criará novas formas de computadores e acelerará nossa capacidade de processar informações e lidar com problemas complexos como a mudança climática”, disse a secretária de Energia dos EUA, Jennifer M. Granholm. “O DOE e nossos laboratórios em todo o país estão liderando o caminho nesta pesquisa crítica que fortalecerá nossa competitividade global e ajudará a monopolizar os mercados dessas indústrias em crescimento que fornecerão as soluções do futuro.”

Em Argonne, o dinheiro irá para três projetos, enquanto dois visam criar comunicações e armazenamento aprimorados usando efeitos quânticos, o terceiro visa conectar vários sistemas quânticos, fornecendo interoperabilidade entre sistemas de rede quântica.

As comunicações quânticas podem operar potencialmente com energia e latência muito baixas, usando minúsculos "emissores quânticos" que produzem uma única partícula de luz por vez para sinalização. Esses emissores são incrivelmente pequenos, mesmo tão pequenos quanto um único átomo, e o Centro de Materiais em Nanoescala (CNM) de Argonne visa dar os primeiros passos para aproveitá-los, o projeto QuEEN-M (Quantum Emitter Electron Nanomaterial Microscópio), que irá desenvolver um microscópio que pode expor as características dos emissores nanoscópicos, para que possam ser aproveitados em redes quânticas.

“É uma honra para nossa equipe receber este prêmio, que reconhece que a ciência básica é uma base indispensável para a construção de tecnologias significativas e práticas”, disse o cientista-chefe do QuEEN-M, Jianguo Wen. “Esperamos que o QuEEN-M possibilite ciência de alto impacto não apenas em QIS, mas também em outras áreas.”

O segundo projeto analisa o armazenamento, que pode potencialmente ser muito mais denso usando a rotação de partículas individuais para armazenar informações. Os spins das partículas estão associados aos defeitos mais íntimos de um cristal, mas, como estão profundamente embutidos, é difícil acessá-los e manipulá-los. O laboratório AQuISS (Atomic Quantum Information Surface Science) quer trazer os defeitos para a superfície do cristal, onde eles podem ser usados de forma mais eficaz no armazenamento.

“A interseção de nanociência, ciência de superfície e ciência da informação quântica fornece uma fronteira desafiadora, mas poderosa, para estudos fundamentais e o desenvolvimento de tecnologias quânticas de próxima geração”, disse o líder do projeto AQuISS, Jeffrey Guest. “Agradecemos o prêmio, que nos dará a oportunidade de construir instrumentação e experimentos voltados para a exploração e desenvolvimento de superfícies para a ciência da informação quântica. Quanto mais podemos explorar e compreender a natureza das informações quânticas nas superfícies, mais podemos aproveitar os benefícios exclusivos das superfícies e da ciência em nanoescala para avançar neste campo.”

O projeto final analisará o desenvolvimento de um novo protocolo de Internet para uma Internet quântica emergente. Para que as redes de Internet que usam outras tecnologias em desenvolvimento surjam e tenham sucesso, elas devem ser conectadas por meio de fibra óptica entre as cidades e além, eventualmente levando a uma Internet quântica, além das capacidades da Internet de hoje.

A Internet de hoje tem sido um grande sucesso porque o TCP / IP e outros protocolos de Internet permitem que vários tipos de sistema se comuniquem sem obstáculos - e a Internet quântica deve corresponder a isso, sendo capaz de lidar com vários tipos de hardware e diferentes tipos de informações quânticas. Argonne quer ver como tornar diferentes componentes quânticos compatíveis uns com os outros e, ao mesmo tempo, certificar-se de que as informações quânticas sejam transferidas de maneira confiável.

O cientista de Argonne Martin Suchara e colegas da Universidade de Chicago e da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign pretendem desenvolver um protocolo que pode gerenciar diferentes tipos de codificação de informação quântica. Eles também verão como os estados quânticos são transformados de um tipo para outro dentro de uma rede quântica com vários remetentes e destinatários. Argonne já tem uma rede quântica para usar como local de teste.

“Uma internet quântica abriria com certeza uma infraestrutura totalmente nova para o compartilhamento de informações”, disse Suchara. “Sou grato por este prêmio à nossa equipe multi-institucional, que usará o financiamento para desenvolver teoria e protocolos práticos que são precursores necessários para o desenvolvimento de uma internet quântica que se estende por todo o continente.”