Na década de 1970, no auge da Guerra Fria, os estrategistas militares americanos começaram a se preocupar com a ameaça aos aviões de guerra dos Estados Unidos representada por novas defesas de mísseis guiados por radar na URSS e em outras nações. Em resposta, engenheiros de locais como o famoso “Skunk Works” da gigante de defesa dos EUA, Lockheed Martin, aumentaram o trabalho com tecnologia furtiva que poderia proteger as aeronaves dos olhos curiosos do radar inimigo.
As inovações resultantes incluem formas incomuns que desviam ondas de radar, como o design de “asa voadora” do bombardeiro B-2 dos EUA (acima), bem como materiais à base de carbono e novas pinturas. A tecnologia furtiva (em inglês, tecnologia stealth) ainda não é uma capa de invisibilidade como a de Harry Potter: até mesmo os aviões de guerra mais avançados de hoje ainda refletem algumas ondas de radar. Mas esses sinais são tão pequenos e fracos que se perdem no ruído de fundo, permitindo que a aeronave passe despercebida.
Desde então, China e Rússia adquiriram suas próprias aeronaves furtivas, mas as dos Estados Unidos ainda são melhores. Elas deram aos Estados Unidos a vantagem de lançarem ataques surpresa em operações como a guerra no Iraque, que começou em 2003.
Essa vantagem agora está ameaçada. Em novembro de 2018, a China Electronics Technology Group Corporation (CETC), a maior empresa de eletrônicos de defesa da China, revelou um protótipo de radar que afirma poder detectar aeronaves furtivas em voo. O radar usa alguns dos fenômenos exóticos da física quântica para ajudar a revelar a localização dos aviões.
É apenas uma das várias tecnologias com inspirações quânticas que podem mudar a face da guerra. Além de aeronaves que não são furtivas, elas podem reforçar a segurança das comunicações no campo de batalha e influenciar a capacidade dos submarinos de navegar nos oceanos sem serem detectados. A busca por essas tecnologias está desencadeando uma nova corrida armamentista entre os EUA e a China, que vê a era quântica emergente como uma oportunidade única de ganhar vantagem sobre seu rival em tecnologia militar.
Observador furtivo
A rapidez com que os avanços quânticos influenciarão o poder militar dependerá do trabalho de pesquisadores como Jonathan Baugh. Professor da Universidade de Waterloo, no Canadá, Baugh está trabalhando em um dispositivo que faz parte de um projeto maior para desenvolver um radar quântico. Seus usuários previstos são: estações no Ártico administradas pelo Comando de Defesa Aeroespacial da América do Norte (NORAD), uma organização conjunta EUA-Canadá.
A máquina de Baugh gera pares de fótons que são “emaranhados” – um fenômeno que significa que as partículas de luz compartilham um único estado quântico. Uma mudança em um fóton influencia imediatamente o estado do outro, mesmo que eles estejam separados por grandes distâncias.
O radar quântico opera pegando um fóton de cada par gerado e disparando-o em um feixe de micro-ondas. O outro fóton de cada par é retido dentro do sistema de radar.
Equipamento de um protótipo de sistema de radar quântico fabricado pela China Electronics Technology Group Corporation/ Imaginechina via AP Images
Apenas alguns dos fótons enviados serão refletidos de volta se atingirem uma aeronave furtiva. Um radar convencional não seria capaz de distinguir esses fótons retornantes de qualquer outro gerado por fenômenos naturais – ou por interferência de radar dispositivos. Mas um radar quântico pode verificar evidências de que os fótons que capta estão emaranhados com os que estão retidos. O radar quântico seria capaz de detectar qualquer fóton proveniente da estação. Isso permite que ele detecte até o mais fraco dos sinais de retorno em uma massa de ruído de fundo.
Baugh adverte que ainda existem grandes desafios de engenharia. Isso inclui o desenvolvimento de fluxos altamente confiáveis de fótons emaranhados e a construção de detectores extremamente sensíveis. É difícil saber se o CETC, que já afirmava em 2016 que seu radar poderia detectar objetos a até 100 quilômetros (62 milhas) de distância, resolveu esses desafios; está mantendo os detalhes técnicos de seu protótipo em segredo.
Seth Lloyd, professor do MIT que desenvolveu a teoria por trás do radar quântico, diz que, na ausência de evidências concretas, ele é cético em relação às afirmações da empresa chinesa. Mas, acrescenta ele, quanto ao potencial do radar quântico, não existe dúvidas. Quando um dispositivo totalmente funcional for finalmente implantado, ele marcará o início do fim da era furtiva.
Ambições da China
O trabalho da CETC é parte de um esforço de longo prazo da China para se tornar um líder mundial em tecnologia quântica. O país está fornecendo um financiamento generoso para novos centros de pesquisa quântica em universidades e construindo um centro de pesquisa nacional para ciência quântica com inauguração prevista para 2020. Já está à frente dos EUA no registro de patentes em comunicações quânticas e criptografia (ver gráfico).
Um estudo da estratégia quântica da China publicado em setembro de 2018 pelo Center for a New American Security (CNAS), um laboratório de ideias dos EUA, observou que o Exército de Libertação do Povo Chinês (PLA, em inglês) está recrutando especialistas quânticos e que grandes empresas de defesa como a China Shipbuilding Industry Corporation (CSIC) estão criando laboratórios quânticos conjuntos em universidades. No entanto, descobrir exatamente quais projetos têm um elemento militar é difícil. “Há um grau de opacidade e ambiguidade aqui, e parte disso pode ser deliberado”, diz Elsa Kania, co-autora do estudo CNAS.
Os esforços da China estão aumentando, assim como aumentam os temores de que os militares dos EUA estejam perdendo sua vantagem competitiva. Uma comissão encarregada pelo Congresso de revisar a estratégia de defesa do governo Trump emitiu um relatório em novembro de 2018 alertando que a margem de superioridade dos EUA “está profundamente diminuída em áreas essenciais” e pediu mais investimento em novas tecnologias de campo de batalha.
Uma dessas tecnologias provavelmente serão as redes de comunicação quântica. Pesquisadores chineses já construíram um satélite que pode enviar mensagens quânticas criptografadas entre locais distantes, bem como uma rede terrestre que se estende entre Pequim e Xangai. Ambos os projetos foram desenvolvidos por pesquisadores científicos, mas o conhecimento técnico e a infraestrutura poderiam ser facilmente adaptados para uso militar.
As redes contam com um enfoque conhecido como distribuição quântica de chaves (QKD, em inglês). As mensagens são codificadas na forma de bits clássicos, e as chaves criptográficas necessárias para decodificá-las são enviadas como bits quânticos ou qubits. Esses qubits são normalmente fótons que podem viajar facilmente por redes de fibra óptica ou pela atmosfera. Se um inimigo tenta interceptar e ler os qubits, isso imediatamente destrói seu delicado estado quântico, apagando as informações que eles carregam e deixando um sinal revelador da tentativa de espionagem.
Mas a tecnologia QKD ainda não é totalmente segura. As redes terrestres de longo alcance requerem estações intermediárias semelhantes às repetidoras que aumentam os sinais ao longo de um cabo de dados comum. Nessas estações, as chaves são decodificadas na forma clássica antes de serem recodificadas em uma forma quântica e enviadas para a próxima estação. Enquanto as chaves estão na forma clássica, um inimigo pode invadir e copiá-las sem ser detectado.
Para superar esse problema, uma equipe de pesquisadores do Army Research Laboratory dos EUA em Adelphi, Maryland, está trabalhando em uma abordagem chamada teletransporte quântico. Isso envolve o uso de emaranhamento para transferir dados entre um qubit mantido por um remetente e outro mantido por um receptor, usando o que equivale a uma espécie de cabo de dados quânticos virtual e único (há uma descrição mais detalhada aqui).
Michael Brodsky, um dos pesquisadores, diz que ele e seus colegas têm trabalhado em uma série de desafios técnicos, incluindo encontrar maneiras de garantir que o delicado estado quântico dos qubits não seja interrompido durante a transmissão através de redes de fibra óptica. A tecnologia ainda está confinada a um laboratório, mas a equipe diz que agora é robusta o suficiente para ser testada no exterior. “Os suportes podem ser colocados em caminhões que os levarão ao campo”, explica Brodsky.
Pode não levar tanto tempo até que a China esteja testando seu próprio sistema de teletransporte quântico. Os pesquisadores já estão construindo a rede de fibra óptica que se estenderá desde a cidade de Zhuhai, perto de Macau, até algumas ilhas de Hong Kong.
Bússola quântica
Os pesquisadores também estão explorando o uso de métodos quânticos para fornecer ferramentas de navegação mais precisas e infalíveis para os militares. As aeronaves e embarcações navais dos EUA já contam com relógios atômicos precisos para ajudar a manter o controle de onde estão. Mas eles também contam com sinais de GPS, uma rede de satélites que orbita a Terra. Isso representa um risco porque um inimigo pode falsificar ou “simular” os sinais de GPS – ou bloqueá-los completamente.
Lockheed Martin acha que os marinheiros americanos poderiam usar uma bússola quântica baseada em diamantes sintéticos microscópicos com falhas atômicas conhecidas como centros de vacância de nitrogênio, ou centros NV. Esses defeitos quânticos na estrutura do diamante podem ser aproveitados para formar um magnetômetro extremamente preciso. O brilho de um laser em diamantes com centros NV faz com que eles emitam luz com uma intensidade que varia de acordo com o campo magnético circundante.
Wkimedia Commns
Ned Allen, o cientista-chefe da Lockheed, diz que o magnetômetro é ótimo para detectar anomalias magnéticas – variações distintas no campo magnético da Terra causadas por depósitos magnéticos ou formações rochosas. Já existem mapas detalhados dessas anomalias feitas por pesquisas terrestres e por satélite. Ao comparar as anomalias detectadas usando o magnetômetro com esses mapas, os navegadores podem determinar onde eles estão. Como o magnetômetro também indica a orientação dos campos magnéticos, os navios e submarinos podem usá-los para descobrir a direção em que estão indo.
Os militares da China estão claramente preocupados com as ameaças à sua própria versão do GPS, conhecida como BeiDou. A pesquisa em navegação quântica e tecnologia de detecção está em andamento em vários institutos em todo o país, de acordo com o relatório do CNAS.
Além de serem usados para navegação, os magnetômetros também podem detectar e rastrear o movimento de grandes objetos metálicos, como por exemplo submarinos, por conta das flutuações que eles causam em campos magnéticos locais. Por serem muito sensíveis, os magnetômetros são facilmente interrompidos pelo ruído de fundo, por isso, por enquanto, eles são usados para detecção apenas em distâncias muito curtas. Mas no ano passado, a Academia Chinesa de Ciências (CAS) deixou escapar que alguns pesquisadores chineses encontraram uma maneira de compensar isso usando a tecnologia quântica. Isso pode significar que os dispositivos podem ser usados no futuro para localizar submarinos em distâncias muito maiores.
Uma corrida acirrada
Ainda é cedo para os militares usarem tecnologia quântica. Não há garantia de que funcionarão bem em escala ou em situações de conflito onde a confiabilidade absoluta é essencial. Mas se tiverem sucesso, a criptografia quântica e o radar quântico podem causar um impacto particularmente grande.
A descodificação de códigos e o radar ajudaram a mudar o curso da Segunda Guerra Mundial. As comunicações quânticas podem tornar o roubo de mensagens secretas muito mais difícil ou impossível. O radar quântico tornaria os aviões furtivos tão visíveis quanto os comuns. Ambas as coisas mudariam o jogo.
Também é muito cedo para dizer se será a China ou os EUA que ganhará a corrida armamentista quântica – ou se isso levará a um impasse ao estilo da Guerra Fria. Mas o dinheiro que a China está investindo em pesquisas quânticas é um sinal de como está determinada a assumir a liderança.
A China também conseguiu cultivar relações de trabalho estreitas entre institutos de pesquisa do governo, universidades e empresas como CSIC e CETC. Os EUA, em comparação, acabam de aprovar uma legislação para criar um plano nacional para coordenar os esforços públicos e privados. O atraso na adoção de tal abordagem levou a muitos projetos a se isolarem e pode retardar o desenvolvimento de aplicações militares úteis. “Estamos tentando fazer com que a comunidade de pesquisa adote uma abordagem mais sistêmica”, diz Brodsky, o especialista quântico do exército dos EUA.
Ainda assim, os militares dos Estados Unidos têm algumas vantagens distintas sobre o PLA. O Departamento de Defesa investe em pesquisa quântica há muito tempo, assim como as agências de espionagem americanas. O conhecimento gerado ajuda a explicar por que as empresas americanas lideram em áreas como o desenvolvimento de poderosos computadores quânticos, que controlam qubits emaranhados para gerar imensas quantidades de poder de processamento.
Os militares americanos também podem aproveitar o trabalho que está sendo feito por seus aliados e por uma vibrante comunidade de pesquisa acadêmica no país. A pesquisa de radar de Baugh, por exemplo, é financiada pelo governo canadense, e os EUA estão planejando uma iniciativa de pesquisa conjunta com seus parceiros militares mais próximos – Canadá, Reino Unido, Austrália e Nova Zelândia – em áreas como a navegação quântica.
Tudo isso deu aos Estados Unidos uma vantagem inicial na corrida armamentista quântica. Mas o esforço impressionante da China para turbinar a pesquisa quântica significa que a lacuna entre eles está diminuindo rapidamente.
MIT Technology Review
