Sem fios, sem problema: pesquisadores usam drones para configurar rede quântica aérea

Postado em 17/01/2021 por Maria Heloísa

Comunicação, Tecnologia

Um novo sistema de comunicação quântica consiste em um drone (à esquerda) que gera pares de fótons emaranhados e os distribui para as estações terrestres. De cada par, um fóton (feixe roxo) vai diretamente para o solo, enquanto o outro (feixe rosa) é retransmitido através do segundo drone (à direita).

Os cientistas estabeleceram uma rede quântica baseada no uso de drones, transferindo um sinal quântico ao longo de um quilômetro ao ar livre, de acordo com a Sociedade Americana de Física (APS).

Embora seja uma distância limitada, a demonstração mostra a capacidade dos sinais quânticos de serem transmitidos sem fio, o que tem enormes implicações na defesa e na segurança.

A equipe de pesquisa liderada por chineses relatou suas descobertas na revista científica Physical Review Letters.

Estabelecer uma rede quântica usando drones permitiria a transmissão de mensagens totalmente seguras. Por exemplo, dois usuários podem recorrer a fótons emaranhados para se comunicar sem a possibilidade de espionagem. Embora esses sinais quânticos já tenham sido transmitidos por meio de fibras ópticas (Perspectiva: Distância Recorde para Criptografia Quântica) e por meio de conexões de satélite (Foco: Intercontinental, Mensagens e Vídeos Criptografados Quanticamente), fazer com que esses sinais extremamente sensíveis atravessem um espaço aberto oferece desafios significativos.

A Sociedade Americana de Física ressalta que as ondas aéreas já estão sobrecarregadas com uma variedade de tráfego de comunicações – sinais de celular, rádio e wi-fi. Além disso, a difração representa um problema. À medida em que um fóton se propaga, sua onda se espalha e, em determinado ponto, este terá pouca probabilidade de ser coletado.

Os pesquisadores montaram a rede com um drone, que gerou pares de fótons infravermelhos cujas orientações de polarização estavam emaranhadas. Em seguida, o drone usou um sistema de rastreamento de alta velocidade para direcionar um fóton para uma estação terrestre, denominada Alice, e outra estação denomidada Bob. Cada estação foi equipada com um telescópio com 26 mm de abertura e um detector de fóton único para coletar os fótons recebidos.

Aquisição do alvo – os feixes de um drone são visíveis na área de teste. X.-H. Tian, H.-Y. Liu e Z. Xie / Universidade de Nanquim

Neste estudo, a equipe esperava resolver as limitações causadas pela difração por meio da adição de um segundo drone que atua como um retransmissor entre o primeiro drone e Bob. Este drone coleta fótons do primeiro drone e focaliza através de uma fibra óptica para aumentar a chance de retransmissão do sinal.

Um teste de desigualdade de Bell foi usado para comparar as polarizações de fótons recebidas em Alice e Bob. Esses resultados confirmaram que os fótons permaneceram emaranhados, o que significa que as informações quânticas sobreviveram à viagem, de acordo com a Sociedade Americana de Física.

Uma rede quântica baseada em drones oferece inúmeras vantagens, de acordo com os pesquisadores.

“Drones podem ser implantados para uma conexão quântica móvel a qualquer momento e local, quando necessário”, disse Zhenda Xie, da Universidade de Nanquim, e um dos membros da equipe de pesquisa. Drones também podem ser facilmente reposicionados para evitar poluição ou neblina. Eles também podem ser menos caros e mais ágeis quando comparados aos satélites quânticos.

Martin Bohmann, um especialista em informação quântica da Academia Austríaca de Ciências em Viena, disse à APS que isso poderia permitir a comunicação em espaço livre entre parceiros que não possuem uma linha de visão direta entre si.

As perdas na transmissão de fótons precisariam ser reduzidas para tornar um sistema “multidrone” competitivo com outras tecnologias de rede quântica, segundo Bohmann.

A equipe agora tentará ampliar o tamanho da rede com vários drones. Isso poderia gerar conexões quânticas em uma cidade, por exemplo.

A equipe de pesquisa incluiu: Hua-Ying Liu, Xiao-Hui Tian, Changsheng Gu, Pengfei Fan, Xin Ni, Ran Yang, Ji-Ning Zhang, Mingzhe Hu, Jian Guo, Xun Cao, Xiaopeng Hu, Gang Zhao, Yan-Qing Lu, Yan-Xiao Gong, Zhenda Xie e Shi-Ning Zhu.

Tradução autorizada de texto publicado pelo The Quantum Daily. Disponível em: https://thequantumdaily.com/2021/01/17/no-wires-no-problem-researchers-use-drones-to-set-up-airborne-quantum-network/. Acesso em 17 janeiro de 2021.

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