Protocolos de roteamento para internet quântica

Resumo

A computação quântica e a comunicação quântica terão um grande impacto em nosso mundo. Uma Internet quântica habilitará aplicações fundamentalmente fora do alcance da Internet clássica, em especial aplicações de segurança, devido às características inerentes da física quântica que permitem proteger os dados durante a troca de informações quânticas ou no compartilhamento de estado quântico entrelaçado (ou emaranhado) entre duas ou mais partes. No entanto, os sinais quânticos são muito frágeis e não podem ser copiados ou amplificados. Para trocar dados a longas distâncias, em redes topologicamente complexas, construídas com tecnologias heterogêneas e gerenciadas por organizações independentes, são necessários repetidores quânticos. Além disso, para permitir o uso amplo e o desenvolvimento de aplicações de propósito geral, é essencial desenvolver métodos que permitam que protocolos quânticos se conectem às implementações de hardware subjacentes de forma transparente. Classicamente, isso é alcançado através do uso de protocolos em camadas, como a pilha TCP/IP, que fornecem um nível de abstração que permite aos protocolos da camada de aplicação trocar dados entre dois nós terminais sem precisar saber detalhes sobre como a conexão é realmente estabelecida. Atualmente, apenas versões preliminares de pilha de rede para uma internet quântica foram propostas e apenas alguns elementos básicos foram sugeridos. Para viabilizar totalmente os potenciais da computação quântica, vários novos desafios e problemas em aberto precisam ser abordados. Na perspectiva de encaminhamento dos dados, o problema de roteamento é crucial. Este projeto tem como objetivo principal desenvolver algoritmos e protocolos de roteamento que assegurem a descoberta da melhor rota em diferentes topologias de redes quânticas, fornecendo as maiores oportunidades de comunicação quântica entre um par arbitrário de dispositivos quânticos, utilizando a abordagem de realizar tal comunicação como transformações realizadas em grafos de enlaces quânticos virtuais. Planeja-se desenvolver e analisar a solução, tanto no contexto de redes quânticas convencionais como de redes quânticas definidas por software. Após as devidas análises matemáticas, pretende-se utilizar a simulação de eventos como a abordagem complementar para avaliação dos algoritmos e protocolos desenvolvidos. (AU)