Luz quântica e relatividade verificam a posição de um equipamento

Duas estações separadas por cerca de 2 quilômetros enviam sinais a um equipamento instalado entre elas. Ele precisa medir a luz recebida e responder depressa. Com essa montagem, pesquisadores na China verificaram a posição do equipamento dentro de uma região de 74,3 metros. O teste combina a física quântica, que impõe limites à cópia de informação, com a relatividade, segundo a qual nenhum sinal pode superar a velocidade da luz no vácuo.

O trabalho de Guan-Jie Fan-Yuan, Yang-Guang Shan, Cong Zhang e colaboradores foi publicado em 3 de setembro de 2026 na revista Nature Physics. A equipe reúne pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China e da Universidade de Tecnologia de Guangdong. A pergunta é concreta: como confirmar que um equipamento está onde afirma estar, mesmo quando alguém tenta responder por ele de outro lugar?

No experimento, o equipamento fica a aproximadamente 980 metros de cada estação. A cada rodada, cada uma envia 20 bits, unidades de informação que podem assumir os valores zero ou um. Uma das estações também transmite um pulso de laser muito fraco, cuja polarização — a orientação da oscilação da luz — carrega a informação quântica.

O equipamento junta as duas mensagens comuns, formando uma entrada de 40 bits. Uma regra combinada previamente transforma essa entrada na escolha de como medir a polarização. Essa escolha é a base de medição: a configuração do analisador que permite interpretar corretamente o sinal luminoso. Depois da medição, o resultado é devolvido imediatamente às duas estações.

As estações conferem tanto a resposta quanto o horário em que ela chega. A resposta mostra se a luz foi medida da maneira esperada; o tempo restringe os lugares de onde ela poderia ter vindo. Um atraso maior abre uma região maior de posições possíveis, porque dá mais tempo para os sinais viajarem.

Mensagens comuns podem ser copiadas e retransmitidas por cúmplices, o que permite enganar verificações baseadas apenas nesse tipo de informação, quando não há outras garantias. A parte quântica muda o problema: não existe uma operação capaz de copiar perfeitamente qualquer estado quântico desconhecido. Além disso, medir a luz sem a informação que indica a base correta pode comprometer a resposta. A dificuldade para o impostor é produzir respostas aceitáveis sem ultrapassar o prazo.

Um avanço prático foi trabalhar com laser atenuado, isto é, de intensidade muito reduzida, em vez de exigir uma fonte ideal que emita sempre um único fóton, a unidade de energia luminosa. Alguns pulsos não contêm fótons; outros contêm um ou vários. Os pesquisadores incorporaram essa distribuição à análise de segurança e consideraram o pior caso para os pulsos com vários fótons, que podem favorecer a interceptação.

A verificação também contabiliza respostas erradas e rodadas sem resposta, decorrentes, por exemplo, de perdas de luz. Cada tipo de ocorrência recebe um peso no cálculo de uma pontuação. O equipamento só é aceito se ultrapassar o limite calculado para um adversário nas condições do modelo. O teste exige, portanto, um conjunto de resultados compatível com a operação esperada, e não apenas um acerto isolado.

Para reduzir os atrasos, a equipe transmitiu os bits simultaneamente em diferentes comprimentos de onda — as distâncias entre repetições da oscilação luminosa —, usados como canais separados. Usou ainda fibras ópticas de núcleo oco: estruturas que guiam a luz principalmente pelo ar, aproximando sua velocidade de propagação daquela no vácuo. No equipamento central, um circuito consulta uma tabela previamente carregada na memória para escolher a medição, evitando calcular toda a regra durante a resposta.

Foram realizados cinco ensaios, cada um com 10 milhões de rodadas. Os cinco, com o equipamento seguindo o procedimento previsto, ultrapassaram o limite de pontuação exigido. O sistema operou a 2 milhões de rodadas por segundo, de modo que cada ensaio reuniu seus dados em poucos segundos. Essa repetição fornece evidência estatística sobre o funcionamento da montagem; não equivale a cinco reproduções por equipes independentes.

O maior atraso adicional foi de 247,8 nanossegundos — cada nanossegundo corresponde a um bilionésimo de segundo. Trata-se do tempo excedente em relação à viagem ideal dos sinais à velocidade da luz, não do tempo total de ida e volta. Esse excedente corresponde à região de verificação de 74,3 metros: a extensão de posições ainda compatíveis com os tempos medidos, e não uma localização exata dentro dela.

O resultado demonstra que a presença de um equipamento pode ser submetida a um teste físico que combina medição quântica e tempo de propagação. Isso abre uma possibilidade para sistemas que só autorizem determinada operação quando o equipamento estiver numa área permitida. O experimento estabelece a viabilidade dessa verificação nas condições estudadas; seu desempenho e sua segurança fora dessa montagem ainda precisam ser demonstrados.