O cabo de fibra óptica de 100 quilômetros por meio do qual uma equipe de pesquisadores da DTU distribuiu com sucesso uma chave criptografada quântica com segurança. Crédito: DTU
Pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) utilizaram com sucesso a criptografia quântica para a transmissão segura de informações a uma distância de 100 quilômetros através de um cabo de fibra óptica, aproximadamente a mesma distância entre Oxford e Londres.
Cientistas do Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) alcançaram um avanço na comunicação segura ao distribuir uma chave quântica segura por meio da Distribuição Contínua de Chaves Quânticas Variáveis (CV QKD). Esta equipe estabeleceu um novo recorde ao tornar a técnica eficaz em uma distância sem precedentes de 100 quilômetros, a mais distante já alcançada com o CV QKD. A vantagem do método é que ele pode ser aplicado à infra-estrutura existente da Internet.
Os computadores quânticos ameaçam as criptografias existentes baseadas em algoritmos, que atualmente protegem as transferências de dados contra espionagem e vigilância. Eles ainda não são poderosos o suficiente para quebrá-los, mas é uma questão de tempo. Se um computador quântico conseguir descobrir os algoritmos mais seguros, deixará uma porta aberta para todos os dados conectados via Internet. Isto acelerou o desenvolvimento de um novo método de criptografia baseado nos princípios da física quântica.
Mas para ter sucesso, os investigadores devem superar um dos desafios da mecânica quântica – garantir consistência em distâncias mais longas. Até agora, a distribuição de chaves quânticas variáveis contínuas funcionou melhor em distâncias curtas.
“Conseguimos uma ampla gama de melhorias, principalmente no que diz respeito à perda de fótons ao longo do caminho. Nesta experiência, publicada em
O grupo de pesquisa: (na frente) Adnan AE Hajomer, Nitin Jain, Ulrik L. Andersen (atrás) Ivan Derkach, Hou-Man Chin, Tobias Gehring. Crédito: DTU
Quando um remetente envia informações codificadas em fótons, as propriedades da mecânica quântica dos fótons são exploradas para criar uma chave exclusiva para o remetente e o destinatário. As tentativas de outros de medir ou observar fótons em um estado quântico mudarão instantaneamente seu estado. Portanto, fisicamente só é possível medir a luz perturbando o sinal.
“É impossível fazer uma cópia de um estado quântico, como fazer uma cópia de uma folha A4 – se você tentar, será uma cópia inferior. É isso que garante que não seja possível copiar a chave. Isto pode proteger infraestruturas críticas, como registos de saúde e o setor financeiro, de serem pirateadas”, explica Tobias Gehring.
Funciona através da infraestrutura existente
A tecnologia Continuous Variable Quantum Key Distribution (CV QKD) pode ser integrada à infraestrutura de Internet existente.
“A vantagem de usar essa tecnologia é que podemos construir um sistema que se assemelha ao que a comunicação óptica já utiliza.”
A espinha dorsal da Internet é a comunicação óptica. Funciona enviando dados via luz infravermelha que passa por fibras ópticas. Eles funcionam como guias de luz colocados em cabos, garantindo que possamos enviar dados para todo o mundo. Os dados podem ser enviados mais rapidamente e por distâncias maiores através de cabos de fibra óptica, e os sinais de luz são menos suscetíveis a interferências, o que é chamado de ruído em termos técnicos.
“É uma tecnologia padrão que já é usada há muito tempo. Portanto, você não precisa inventar nada novo para poder usá-lo para distribuir chaves quânticas, e isso pode tornar a implementação significativamente mais barata. E podemos operar à temperatura ambiente”, explica Tobias Gehring, acrescentando:
“Mas a tecnologia CV QKD funciona melhor em distâncias mais curtas. Nossa tarefa é aumentar a distância. E os 100 quilómetros são um grande passo na direção certa.”
Ruído, erros e assistência do aprendizado de máquina
Os pesquisadores conseguiram aumentar a distância abordando três fatores que limitam seu sistema na troca de chaves criptografadas quânticas em distâncias mais longas:
O aprendizado de máquina forneceu medições anteriores dos distúrbios que afetam o sistema. O ruído, como são chamados esses distúrbios, pode surgir, por exemplo, da radiação eletromagnética, que pode distorcer ou destruir os estados quânticos transmitidos. A detecção precoce do ruído permitiu reduzir de forma mais eficaz o seu efeito correspondente.
Além disso, os pesquisadores melhoraram na correção de erros que podem ocorrer ao longo do caminho, que podem ser causados por ruídos, interferências ou imperfeições no hardware.
“No nosso próximo trabalho, utilizaremos a tecnologia para estabelecer uma rede de comunicação segura entre os ministérios dinamarqueses para proteger a sua comunicação. Também tentaremos gerar chaves secretas entre, por exemplo, Copenhaga e Odense, para permitir que empresas com filiais em ambas as cidades estabeleçam comunicações quânticas seguras”, afirma Tobias Gehring.
Referência: “Distribuição de chave quântica variável contínua de longa distância em fibra de 100 km com oscilador local local” por Adnan AE Hajomer, Ivan Derkach, Nitin Jain, Hou-Man Chin, Ulrik L. Andersen e Tobias Gehring, 3 de janeiro de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adi9474
O Fundo de Inovação da Dinamarca, a Fundação Nacional de Pesquisa Dinamarquesa, o programa de pesquisa e inovação Horizonte Europa da União Europeia, a Fundação Carlsberg e a Fundação Científica Tcheca apoiam o projeto.
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