Em 2016, a China lançou na órbita da Terra o primeiro satélite quântico do mundo, chamado Micius, em homenagem a um importante filósofo e cientista da China Antiga de mesmo nome. Mas surge a pergunta: o que exatamente seria um satélite quântico e qual a diferença entre ele e os satélites anteriores, chamados de clássicos? Para responder a isso, precisamos primeiro entender o que é a ciência da informação quântica e como funcionam os satélites comuns.
A ciência da informação quântica é um poderoso campo interdisciplinar que vem sendo estudado por diversos pesquisadores ao redor do mundo. A China é um dos países que mais investem nessa área, juntamente com os Estados Unidos, Reino Unido, Alemanha, Japão e outros. O Brasil também está na corrida para dominar essa ciência, que promete grandes avanços tecnológicos e científicos, embora ainda esteja em um estágio inicial de desenvolvimento.
A teoria da informação quântica se destaca por combinar princípios da física, matemática, ciência da computação e engenharia, sendo essencialmente uma generalização da teoria da informação desenvolvida por Claude Shannon para o domínio da mecânica quântica. O grande “pulo do gato” que diferencia essa teoria da teoria clássica está na forma como a informação é representada no estado de um sistema quântico. Na teoria clássica da informação, os bits só podem ser codificados em dois estados possíveis: 0 ou 1. Já na teoria quântica, a unidade básica de informação — o qubit — pode existir simultaneamente em múltiplos estados graças ao princípio da superposição.
Apenas com essas ideias iniciais já seria possível escrever textos muito maiores explicando como essa nova abordagem pode inovar a tecnologia mundial. No entanto, o foco aqui será em uma das áreas mais estudadas dentro desse campo: a chamada comunicação quântica — e onde os satélites entram nessa história.
Como mencionado anteriormente, também é necessário explicar o que é um satélite e como ele funciona. Um satélite é definido como qualquer corpo que orbita ao redor de um planeta. Antes mesmo da humanidade existir, a Terra já possuía um satélite natural, que chamamos de Lua. No entanto, durante a Guerra Fria, a extinta União Soviética lançou o primeiro satélite criado por mãos humanas: o Sputnik 1.
O Programa Sputnik foi pioneiro na pesquisa e na construção de satélites artificiais. O Sputnik 1 foi lançado em 4 de outubro de 1957 e sua função básica era emitir um sinal de rádio que podia ser sintonizado por qualquer radioamador nas frequências entre 20,005 e 40,002 MHz. Esses sinais foram transmitidos por cerca de 22 dias, até que a bateria do dispositivo se esgotasse.
O Sputnik 1 foi considerado uma operação cientificamente bem-sucedida e marcou o início da corrida espacial entre a União Soviética e os Estados Unidos. O satélite permaneceu em órbita por cerca de seis meses até se desintegrar na atmosfera. Seria interessante comentar também como a Guerra Fria impulsionou o desenvolvimento das telecomunicações modernas, mas esse é um tema para outra ocasião. Por enquanto, o foco permanece na nova geração de tecnologias: os satélites quânticos.
A função do Sputnik 1, mencionada anteriormente, era emitir sinais em determinadas frequências. Esse experimento marcou o início dos estudos sobre como satélites artificiais poderiam transmitir e captar informações. Esse avanço foi um passo fundamental para o desenvolvimento dos satélites de comunicação. Quase 70 anos após o programa Sputnik, existem diversos tipos de satélites atualmente, mas um dos mais importantes são os chamados satélites de comunicação. É graças a essas máquinas que hoje você consegue, por exemplo, ler este texto pela internet.
Os satélites de comunicação têm como finalidade criar um canal de comunicação entre uma fonte transmissora e outra receptora de rádio em diferentes lugares da Terra. A comunicação sem fio realizada por esses satélites utiliza ondas eletromagnéticas para transportar sinais. Essas ondas exigem linha de visada direta e podem ser obstruídas pela curvatura da Terra. A função dos satélites de comunicação é justamente retransmitir o sinal ao redor dessa curvatura, permitindo a comunicação entre pontos muito distantes.
Esses satélites utilizam uma ampla gama de frequências de rádio e micro-ondas. Para evitar interferências de sinal, organizações internacionais estabelecem regulamentos que determinam quais faixas de frequência — ou bandas — podem ser utilizadas. Essa organização do espectro eletromagnético reduz o risco de interferência entre diferentes sistemas de comunicação.
Os satélites de comunicação são utilizados para televisão, telefonia, internet, rádio e aplicações militares. Na prática, eles sustentam grande parte da infraestrutura tecnológica do mundo contemporâneo.
No entanto, nem tudo são vantagens. Os sistemas atuais utilizam principalmente a chamada criptografia clássica. Embora esses sistemas sejam muito seguros, ainda existe a possibilidade de ataques cibernéticos capazes de tentar quebrar essas proteções. Diante dessas possíveis ameaças, pesquisadores passaram a buscar novas formas de comunicação ainda mais seguras.
Foi nesse contexto que a China desenvolveu o projeto Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), que busca explorar tecnologias de comunicação quântica em escala espacial. Esse projeto utiliza princípios da mecânica quântica para criar sistemas de criptografia potencialmente impossíveis de serem interceptados sem que a tentativa seja detectada.
O programa QUESS teve grande sucesso com o lançamento do satélite Micius, mencionado no início deste texto. O objetivo de longo prazo é lançar outros satélites semelhantes para formar uma rede global de comunicação quântica até aproximadamente 2030. Pesquisadores da Ásia e da Europa já participam desse esforço científico internacional.
O Micius funciona como uma plataforma espacial capaz de gerar e transmitir fótons em estados quânticos específicos para realizar experimentos de comunicação quântica em escala global. A operação do satélite baseia-se principalmente em três tipos de experimentos.
O primeiro é a Distribuição Quântica de Chaves (QKD), que consiste na geração de uma chave criptográfica secreta por meio da codificação de informações em fótons individuais enviados para estações terrestres. Qualquer tentativa de interceptar esses fótons altera seu estado quântico, tornando a invasão detectável.
O segundo experimento envolve a distribuição de emaranhamento quântico. Nesse processo, o satélite gera pares de fótons emaranhados e os envia para duas estações terrestres distantes. As medições realizadas nesses fótons apresentam correlações quânticas extremamente fortes, demonstrando que o emaranhamento pode persistir mesmo em grandes distâncias.
O terceiro experimento é o teletransporte quântico, que consiste na transferência do estado quântico de uma partícula para outra sem que a própria partícula viaje fisicamente entre os dois pontos. Esse processo também depende do fenômeno do emaranhamento quântico.
Embora os protocolos quânticos sejam teoricamente muito seguros, a implementação prática desses sistemas pode apresentar vulnerabilidades. Uma análise publicada em 2025 identificou uma possível falha relacionada ao hardware do satélite.
A vulnerabilidade estaria no método utilizado para gerar diferentes estados de fótons. O Micius utiliza oito diodos laser separados para produzir fótons com diferentes polarizações e intensidades, incluindo os chamados “estados isca” (decoy states). A análise de dados indicou que esses lasers não estavam perfeitamente sincronizados, apresentando atrasos de até 300 picossegundos.
Um invasor com equipamentos extremamente sensíveis poderia, em teoria, explorar essa pequena diferença temporal para distinguir certos tipos de fótons com alta precisão. Isso poderia comprometer parte da segurança do protocolo projetado para detectar tentativas de interceptação.
Esse tipo de estudo revela um ponto importante da criptografia quântica: existe uma diferença entre a segurança teórica de um protocolo e a segurança prática de um dispositivo físico real, que pode conter imperfeições de engenharia.
Em resumo, o Micius demonstrou na prática que é possível utilizar satélites para construir redes de comunicação quântica em escala global. Apesar das limitações e desafios técnicos, esse projeto abriu caminho para novas gerações de satélites quânticos mais avançados e seguros, como o chinês Jinan-1 e o canadense QEYSSat. Aguardamos um futuro onde haja uma possível conexão mais segura e um maior uso da informação quântica para a humanidade.
Referências:
[1] https://quantum.ustc.edu.cn/web/en/node/351?eqid=b639950100222b8b0000000664648660
[3] https://ieeexplore.ieee.org/document/11000231
[4] https://preview-www.nature.com/articles/nature.2017.22142