Cientistas das universidades de Kyushu e Waterloo apresentaram uma técnica que viabiliza a realização de cópias de segurança em sistemas de computação quântica, superando o obstáculo imposto pelo teorema da não-clonagem. O trabalho foi conduzido pelo físico Koji Yamaguchi, no Japão, e pelo professor Achim Kempf, no Canadá.
Limite imposto pela não-clonagem
Desde o surgimento da computação quântica, o teorema da não-clonagem é apontado como um dos principais entraves técnicos. Esse princípio estabelece que a informação contida num qubit não pode ser copiada de forma idêntica sem alterar o seu estado, o que inviabiliza procedimentos de backup semelhantes aos usados em sistemas tradicionais. A impossibilidade de duplicar dados quânticos é vista como garantia de segurança contra espionagem, porém também significa perda irreversível de informação em caso de falha.
Em computadores clássicos, a duplicação simples de bits assegura a recuperação de dados. Já no cenário quântico, qubits entrelaçados armazenam quantidades exponenciais de informação de forma distribuída. Kempf usa o exemplo de 100 qubits, que podem partilhar dados em 2100 configurações simultâneas, excedendo a capacidade de armazenamento de qualquer supercomputador atual. A vasta densidade informacional, combinada à proibição de clonagem, torna inviável aplicar estratégias de redundância convencionais.
Solução baseada em criptografia temporária
A dupla de investigadores propôs uma abordagem que contorna o problema ao introduzir um processo de cifragem durante a cópia dos qubits. Conforme o método, a informação quântica é criptografada no instante em que a duplicação ocorre. O procedimento produz múltiplas réplicas criptografadas sem violar o teorema, pois não existe, em momento algum, uma segunda cópia legível do estado original.
Quando uma das cópias precisa ser utilizada, aplica-se uma chave de descriptografia que expira imediatamente após o primeiro uso. Essa chave de utilização única impede a geração subsequente de novas réplicas legíveis, preservando a integridade do princípio de não-clonagem. De acordo com Yamaguchi, o esquema se assemelha à divisão de senhas entre duas pessoas: nenhum participante detém sozinho o acesso completo, mas a combinação de partes desvela o conteúdo.
Aplicações potenciais
A possibilidade de criar backups abre caminho para serviços de nuvem quântica com redundância. Centros de processamento quântico poderão manter cópias criptografadas distribuídas em diferentes nós, reduzindo o risco de perda de dados devido a falhas locais. Ademais, a técnica pode facilitar a migração segura de estados quânticos entre laboratórios ou provedores, garantindo continuidade operacional em projetos de grande escala.
Outra implicação apontada pelos autores é a expansão de protocolos de comunicação quântica. Sistemas de distribuição de chaves seguras, já considerados invioláveis, poderão incorporar mecanismos de recuperação de estado sem comprometer a confidencialidade. O conceito de chave que se autodestrói após o uso também pode reforçar mecanismos de autenticação em redes sensíveis.
Imagem: Tecnologia e Inovação
Próximos passos da pesquisa
Yamaguchi e Kempf afirmam que a proposta ainda requer validações experimentais, especialmente no que se refere à implementação prática dos algoritmos de cifragem em hardware quântico existente. A compatibilidade com diferentes plataformas — íons aprisionados, superconductores ou fotónica — será analisada para avaliar custos de integração, impacto na taxa de erros e viabilidade comercial.
Os investigadores destacam, contudo, que a solução não depende de um modelo físico específico. Em princípio, qualquer sistema que execute operações quânticas universais pode incorporar o método, bastando otimizar os circuitos de criptografia para cada arquitetura.
Relevância para o futuro da computação quântica
O avanço divulgado pelas universidades de Kyushu e Waterloo aborda uma das carências práticas da tecnologia quântica: a ausência de estratégias robustas de recuperação de dados. Ao possibilitar backups, a descoberta responde a preocupações de empresas e instituições que planeiam adotar processadores quânticos para tarefas críticas, como otimização logística, pesquisa farmacêutica e modelagem financeira.
Caso as validações experimentais confirmem a eficácia do sistema, provedores de cloud computing poderão oferecer contratos de nível de serviço comparáveis aos existentes no mercado clássico, removendo uma barreira para a adoção em larga escala. O método representa, portanto, um passo estratégico na transição da computação quântica do campo experimental para aplicações comerciais resilientes.
