Experimento australiano comprova viabilidade de enviar sinais quânticos da Terra para satélites

Ponto central — Um estudo da Universidade de Tecnologia de Sydney (UTS) mostrou, por meio de simulações, que pares de partículas de luz podem ser enviados da superfície terrestre a um satélite em órbita, formando um elo de comunicação quântica até então considerado impraticável.

Quem lidera a pesquisa

A investigação foi conduzida pelo professor Simon Devitt e pelo professor Alexander Solntsev, com apoio de uma equipe multidisciplinar da UTS. Especialistas das faculdades de Engenharia e Tecnologia da Informação e de Ciências participaram, combinando competências nas áreas de redes quânticas, modelagem de sistemas e fotônica.

O que foi demonstrado

O trabalho, intitulado “Distribuição de emaranhamento quântico via canais de satélite de uplink”, indicou que a troca de fótons entrelaçados pode ocorrer do solo para o espaço (uplink). Até então, a distribuição de entrelaçamento empregava apenas a rota inversa (downlink), na qual satélites enviam partículas às estações em solo.

Onde e quando o avanço foi apresentado

Os resultados foram publicados na revista Physical Review Research. A pesquisa considerou um cenário em que um satélite orbita a aproximadamente 500 quilômetros de altitude, deslocando-se a cerca de 20 mil quilômetros por hora.

Como o uplink é organizado

O esquema proposto envolve duas estações terrestres. Cada estação dispara uma partícula de luz em direção ao satélite. O objetivo é que essas partículas, apesar de saírem de locais diferentes, cheguem ao equipamento em órbita no mesmo instante e com o alinhamento necessário para sofrer interferência quântica. Esse encontro simultâneo permite a formação de um par entrelaçado mesmo após a longa trajetória.

Por que o processo era considerado inviável

Segundo o professor Solntsev, a comunidade científica assumia que o uplink não funcionaria devido a fatores como:

Perda de sinal: a atenuação durante a subida poderia reduzir o número de fótons ao ponto de inviabilizar a comunicação.

Interferência e dispersão: variações atmosféricas poderiam desviar ou espalhar a luz, prejudicando o alinhamento.

Ruído ambiental: luz ambiente proveniente da Terra e reflexos solares na Lua teriam potencial para mascarar ou corromper o sinal quântico.

Desalinhamento óptico: mesmo pequenos desvios nas lentes e espelhos usados nos transmissores ou receptores poderiam impedir a coincidência de chegada dos fótons.

Como as simulações contornam esses desafios

A equipe australiana introduziu todos os efeitos acima nos modelos computacionais. Foram considerados:

• Iluminação natural da superfície;
• Reflexos lunares sobre o feixe de subida;
• Turbulências atmosféricas que interferem na trajetória da luz;
• Desvios mecânicos nos sistemas ópticos das estações e do satélite.

Mesmo sob essas condições, os cálculos apontaram taxas de sucesso suficientes para a formação de entrelaçamento confiável. Para o professor Devitt, o resultado demonstra que o cenário de uplink, embora desafiador, é tecnicamente exequível com a tecnologia óptica atual.

Cenário atual das comunicações quânticas via satélite

Até o presente, a maior parte dos experimentos emprega downlink. O satélite Micius, lançado pela China em 2016, tornou-se referência ao distribuir pares de fótons entrelaçados para múltiplas estações terrestres. Essa infraestrutura viabiliza comunicações ultrasseguras, pois poucos fótons bastam para gerar chaves criptográficas.

Em 2025, o microssatélite Jinan-1 ampliou as distâncias cobertas ao estabelecer um enlace quântico de 12,9 mil quilômetros entre a China e a África do Sul. Ambos os satélites, porém, dependem de fontes internas de fótons em suas plataformas, o que implica maior volume de hardware e consumo de energia.

Diferenças fundamentais entre uplink e downlink

No downlink, o satélite atua como emissor de partículas e exige componentes capazes de gerar trilhões de fótons por segundo. Já no uplink, o satélite assume o papel de receptor que apenas interfere nos sinais recebidos e comunica o resultado. Isso diminui a complexidade do equipamento em órbita, reduzindo peso, custo e requisitos energéticos.

Consequências diretas para a criptografia quântica

Embora a abordagem de uplink proponha o envio de mais partículas, as chaves secretas continuam sendo estabelecidas com poucos fótons, preservando a característica de ultra-segurança que marcou os experimentos anteriores. A simplificação do satélite pode facilitar a expansão comercial dessa forma de comunicação.

Impulso rumo a uma internet quântica

O professor Devitt enfatiza que o impacto ultrapassa a criptografia. Uma eventual rede quântica global exigirá volume muito maior de fótons para conectar computadores quânticos distribuídos. O uplink oferece uma via de alta largura de banda, pois múltiplas estações terrestres podem enviar sinais simultâneos a pequenos satélites de baixa órbita.

Nesse modelo, o entrelaçamento quântico torna-se um recurso “de prateleira”. Dispositivos quânticos futuros, afirmou Devitt, simplesmente se conectariam a uma fonte de entrelaçamento do mesmo modo que equipamentos eletrônicos atuais se conectam à eletricidade.

Próximos passos propostos pelos pesquisadores

A equipe sugere experimentos preliminares empregando receptores instalados em drones ou balões. Essas plataformas permitirão validar o alinhamento óptico e a interferência quântica sem a necessidade de lançar um satélite de imediato. Caso os testes tenham êxito, a transposição para pequenos satélites de baixa órbita seria o passo lógico seguinte, pavimentando redes quânticas intercontinentais.

Colaboração interdisciplinar como fator decisivo

A pesquisa reuniu conhecimentos de fotônica, modelagem de sistemas e engenharia de redes quânticas. A UTS destaca que a interação entre diferentes departamentos foi essencial para enfrentar um desafio de grande escala e para construir modelos que integram variáveis ópticas, atmosféricas e astronômicas.

Com a demonstração de que o uplink é viável mesmo diante de fontes de ruído realistas, a universidade apresenta um caminho alternativo para a distribuição de entrelaçamento quântico. Esse avanço amplia o leque de estratégias para conectar continentes por meio de redes ultrasseguras e, futuramente, para sustentar uma internet quântica de alta capacidade.