Lançada a pedra fundamental da Rede Rio Quântica

A grande área de Informação Quântica encontra ‘terreno fértil’ para seu desenvolvimento na região metropolitana do Rio de Janeiro (RJ), pois nela estão situadas quatro instituições que atualmente possuem grupos de pesquisa dedicados ao estudo da área: Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Universidade Federal Fluminense (UFF), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ).

Nesse contexto acaba de ser lançada no CBPF a pedra fundamental da sua participação do projeto Rede Rio Quântica – um esforço conjunto que une diferentes fontes de financiamento captadas pelas instituições participantes com proposito de desenvolver a área de Informação Quântica no país.

O recurso da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), em convênio com o Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), foi o propulsor da Rede, com o investimento de cerca de três milhões de reais. O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Informação Quântica, coordenado pela pesquisadora Belita Koiller (UFRJ) também destinou verba de 200 mil reais para o projeto.

Outra importante fonte advém do projeto do Laboratório de Tecnologias Quânticas do CBPF, coordenado pelo pesquisador da casa, Ivan S. Oliveira, e aprovado pela Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) com recursos provenientes do Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FNDCT). Do montante aprovado de R$ 23 milhões foi destinado um milhão de reais para o Projeto Rede Rio Quântica.

A Rede Rio Quântica

O principal objetivo do projeto é estabelecer uma rede de comunicação quântica metropolitana, conectando as instituições PUC-Rio, CBPF e UFRJ por meio de fibras óticas, e com a UFF por um enlace de espaço livre.

O projeto foi selecionado via edital nacional da FAPESP e conta com a liderança de três pesquisadores principais: Antonio Zelaquett Khoury (UFF), Fernando da Rocha Vaz Bandeira de Melo (CBPF) e Guilherme Penello Temporão (PUC).

O professor Zelaquett, coordenador do projeto, explica porque a comunicação quântica trará uma transferência de informação mais segura: “a transmissão e a codificação de informação quântica através de fótons individuais (que são partículas elementares da luz), em lugar de empregar bits clássicos, (que se apresentam apenas como 0 ou 1), é feita na forma de bits quânticos, que também podem assumir estados de superposição entre 0 e 1. A vantagem de se fazer esse tipo de codificação está relacionada com a segurança da informação”.

Fase atual da Rede Rio Quântica

Atualmente o projeto está na fase de montagem da infraestrutura. Está sendo construída uma estrutura no telhado do CBPF que abrigará equipamentos de ótica, entre eles um telescópio que se comunicará com outro telescópio instalado na UFF, do outro lado da Baía de Guanabara.

A sala terá uma janela frontal que aponta para UFF e duas janelas laterais para futuras possibilidades de integração com outras instituições, como o Instituto Militar de Engenharia (IME) – que poderá ser integrado via aérea ou via fibra.

Estrutura da Rede Rio Quântica em construção no telhado do CBPF.
Crédito: João Martins (NCS/CBPF)

A finalização da etapa de montagem da infraestrutura tem prognóstico de terminar em julho deste ano. Depois disso está prevista a compra de novos telescópios e finalização da estrutura experimental.

A projeção é de que até o final deste ano os testes da comunicação por via aérea já sejam realizados, o que gerará um impacto grande na pesquisa em Informação Quântica.

A seguir serão apresentados projetos parceiros dentro do mesmo escopo – a informação quântica – e que agregam no desenvolvimento do projeto Rede Rio Quântica.

Laboratório de Tecnologia Quântica do CBPF

Além de compor o orçamento da Rede, o laboratório também irá compartilhar seu espaço físico e equipamentos. Para isso está sendo montada uma sala no térreo do CBPF que receberá as fibras óticas provenientes do CBPF e da PUC, onde também serão implantados aparelhos que farão a operacionalização dos equipamentos instalados no telhado.

Nessa mesma sala serão instalados equipamentos para fabricação, caracterização e operacionalização de bits quânticos supercondutores, visando o domínio da tecnologia para fabricação de chips quânticos no CBPF. O Pesquisador do CBPF, João Paulo Sinnecker, a pós-doc Naiara Yohanna Klein e o aluno de doutorado Arthur Rebello também do CBPF, em parceria com o Professor da Unicamp Francisco Rouxinol, são os responsáveis diretos pelo projeto e fabricação dos bits quânticos.

Projeto Redecomep-Rio

Para a comunicação via fibra da Rede Rio Quântica existe a parceria com o Projeto Redecomep-Rio, conhecido como Rede-Rio, uma malha ótica da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) em conjunto com a Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) do Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação (MCTI) mantida pela Rede-Rio.

A conexão por fibra ótica das instituições de ensino e pesquisa na região metropolitana do Rio de Janeiro foi feita pela FAPERJ há mais de vinte anos. A fundação não esperou a estrutura comercial, se antecipou e implantou esse sistema – assim, as fibras que passam pelas instituições não são propriedades de empresas privadas.

“Quando contatamos o pessoal da Rede-Rio através do tecnologista Nilton Alves Junior (CBPF) veio a grata surpresa, que ao implantar o sistema foram colocadas fibras a mais, disponíveis para solicitações no futuro. Então as conexões de longa distância já estavam feitas, o que faltava era intervir no last mile , o último trecho que leva a conexão da entrada da instituição para a sala/laboratório, isso nas três instituições CBPF, PUC e UFRJ. A Rede-Rio então cedeu um par de fibras em cada enlace, um da UFRJ-PUC e o outro PUC-CBPF”, explica Zelaquett.

Propagação de luz em meios turbulentos

Para a comunicação via ar da Rede Rio Quântica existe a vantagem da localização geográfica do CBPF e da UFF: o espaço livre entre as duas instituições – aproximadamente sete quilômetros de distância entre a janela de um prédio para a janela do outro, com mais de 90% dessa comunicação sobre a água.

Dessa forma, o projeto temático da FAPERJ sobre Propagação de Luz em meios turbulentos gerará subsídios para enriquecer a implementação da Rede Rio Quântica, uma vez que tem o objetivo de caracterizar o canal de comunicação quântica por espaço livre e estudar a melhor forma de transmitir informação quântica em via aérea através da propagação de luz em meios turbulentos.

“A articulação com a Rede Rio Quântica é óbvia, porque certamente um problema na conexão aérea entre UFF e CBPF será a turbulência atmosférica. Sabe aqueles dias muito quentes, que você olha para o asfalto e parece que a imagem está tremida? O feixe de luz dá uma “tremida” por conta da turbulência do ar quente, ” explica Zelaquett.

Estão envolvidos no projeto temático, o professor José Augusto O. Huguenin (UFF), Gabriela Lemos (UFRJ), Daniel Schneider Tasca (UFF), Tiago Guerreiro (PUC), Guilherme Temporão (PUC) e Fernando Mello (CBPF).

Memória Quântica

O CBPF tem também um projeto para montagem de memórias quânticas utilizando centros de vacância de nitrogênio em cristais de diamante. Para isso, o instituto conta com um laboratório para o desenvolvimento destes sensores, coordenado pelo professor da casa, Alexandre Martins. O laboratório foi inteiramente financiado por um projeto com a Petrobrás, de tecnologias quânticas aplicadas às Geociências do Petróleo – que tem como interlocutor técnico o pesquisador Eldues Martins, do Centro de Pesquisas, Desenvolvimento e Inovação Leopoldo Américo Miguez de Mello (CENPES/PETROBRAS).

“Essa iniciativa é crucial, uma vez que o problema em se estabelecer redes quânticas, é justamente a capacidade de transmitir, gravar e processar informação quântica. Dessa forma, o objetivo é que no futuro seja possível por exemplo, a preparação de um estado quântico na UFF, envio para a UFRJ e gravação e leitura da informação no CBPF” diz Ivan S. Oliveira.

O Professor ainda explica que “a meta é ir além de provas de princípio, e realizar experimentos conjuntos envolvendo emaranhamento quântico, todo tipo de processamento de informação a distância, entre instituições que estão localizadas a quilômetros uma da outra”.

O diretor do CBPF, Márcio Portes Albuquerque, ressalta que: “A Rede Rio Quântica é um projeto pioneiro no Brasil e um aspecto muito positivo dele é envolver várias instituições, estimulando ainda mais a colaboração em pesquisa científica de fronteira. O CBPF tem importante participação tanto por alojar parte da infraestrutura para a rede de comunicação quântica, como pelas suas contribuições para a grande área de Informação Quântica. ”

Visita à estrutura em construção. De cima para baixo da escada: Ivan Oliveira, Antonio Zelaquett,
João Paulo Sinnecker, Márcio Albuquerque, e Márcia Barbosa, secretária de Políticas e
Programas Estratégicos do MCTI.
Crédito: João Martins (NCS/CBPF)

Mais informações:

Artigo sobre projeto no portal Rede-Rio: https://rederio.br/boletin/rede-rio-quantica

Artigo FINEP sobre liberação de verbas para computação quântica: http://www.finep.gov.br/noticias/todas-noticias/6556-finep-acaba-de-autorizar-liberacao-de-r-67-milhoes-que-institutos-cientificos-ligados-ao-mcti