Brasil dá salto na computação quântica

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Uma rede de comunicação experimental baseada em criptografia quântica está sendo desenvolvida no Rio de Janeiro desde 2021. A iniciativa, chamada Rio Quântica, pretende conectar cinco instituições de pesquisa da região metropolitana da capital fluminense, unindo tecnologia de ponta para garantir a transmissão segura de dados. Atualmente, a rede está na fase de testes e instrumentação, com uma infraestrutura que inclui fibra óptica e um enlace aéreo por laser.

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O projeto utiliza conceitos da computação quântica para transmitir informações por meio de qubits — unidades que podem representar simultaneamente 0 e 1, ao contrário dos bits tradicionais usados nos sistemas digitais convencionais. Essa característica permite uma segurança muito superior na troca de dados, com protocolos capazes de criar chaves criptográficas que são praticamente invioláveis, com aplicações que vão desde a autenticação em bancos até comunicações sensíveis para segurança nacional.

Infraestrutura da rede e principais desafios

• A Rio Quântica conecta, via aproximadamente 21 km de fibra óptica, as universidades Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e Pontifícia Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) e, em breve, o Instituto Militar de Engenharia (IME).
• Além disso, um enlace aéreo utiliza um feixe laser verde que atravessa a Baía de Guanabara, ligando o Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense (UFF), em Niterói, ao CBPF, no bairro da Urca, no Rio de Janeiro.
• Embora a conexão por fibra entre PUC-Rio e CBPF funcione bem, o link entre PUC-Rio e UFRJ apresenta sinal fraco, exigindo ajustes.
• Já a ligação entre CBPF e IME está na fase final de instalação e contará também com um enlace laser aéreo.
• Segundo o tenente-coronel Vítor Andrezo, engenheiro de comunicações do IME, o desafio maior está justamente nesse enlace aéreo.
• “Pequenas vibrações, calor, neblina e chuva podem enfraquecer ou desalinhar o feixe de luz, comprometendo a integridade da transmissão”.

Funcionamento e protocolo quântico

Diferente da criptografia tradicional, que codifica diretamente as mensagens, a criptografia quântica se concentra na geração e transmissão de chaves criptográficas aleatórias e seguras para decodificação. O sistema utiliza três estações chamadas Alice, Bob e Charlie, que trocam fótons quânticos por canais que podem ou não ser confiáveis, criando um circuito para compartilhar as chaves.

Na Rio Quântica, o protocolo experimental envolve a PUC-Rio no papel de Charlie, enquanto a UFRJ e o CBPF assumem as funções de Alice e Bob, respectivamente. Conforme explica o pesquisador Guilherme Temporão, “Charlie envia fótons em branco que Alice e Bob modificam antes de devolvê-los, permitindo detectar qualquer tentativa de interceptação”.

Investimentos e expansão do projeto

Até o momento, o projeto recebeu cerca de R$ 6 milhões em financiamento da FAPESP, MCTI, CNPq e FINEP. Este último destinou R$ 23 milhões ao CBPF para construção do Laboratório de Tecnologias Quânticas, que ficará pronto em 2025 e terá equipamentos para desenvolvimento de protótipos de chips quânticos e componentes eletrônicos que funcionam em temperaturas próximas ao zero absoluto.

O laboratório será essencial para ampliar o uso das tecnologias quânticas e consolidar o Brasil no campo da computação e comunicação quântica.

Leia mais:

• O que é um bit quântico (qubit)?
• O que é e como funciona o Emanharamento Quântico?
• O que é um computador quântico e como ele funciona?

Outras redes quânticas no Brasil e no mundo

Além da Rio Quântica, existem dois outros projetos metropolitanos de redes quânticas em andamento no país. Em Recife, uma conexão de fibra óptica entre a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e a Universidade Rural de Pernambuco (UFRPE) enfrenta atrasos por falta de recursos. Já em São Paulo, a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), o Instituto de Física da USP e o Centro Wernher von Braun planejam instalar uma rede com três nós em até dois anos.

No cenário internacional, o investimento mais expressivo é da China, que já gastou mais de US$ 15 bilhões em tecnologias quânticas e opera uma rede que cobre mais de 4.600 km, ligando cidades como Pequim, Xangai e Hefei por fibra óptica, além de utilizar satélites para comunicação quântica.

Projetos similares nos Estados Unidos e na Europa também avançam no desenvolvimento da chamada internet quântica, que pode transformar a forma como dados são transmitidos globalmente.