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Rede quântica segura demonstrada em condições urbanas reais

Rede quântica segura demonstrada em condições urbanas reais
A ilustração, feita sobre uma foto dos prédios da universidade onde a demonstração foi realizada, mostra a codificação de múltiplos bits por fóton. [Imagem: SQO team/University of Ottawa]

Rede global de criptografia quântica

Se os computadores quânticos estão demorando mais do que gostaríamos para se tornarem realidade, as redes de comunicação e a criptografia quânticas prosseguem firmes rumo à utilização prática.

Pela primeira vez, pesquisadores canadenses conseguiram enviar uma mensagem com criptografia quântica contendo mais de um bit de informações por fóton através do ar livre acima de uma cidade.

O experimento mostrou a possibilidade prática de usar a comunicação quântica de alta capacidade pelo espaço livre para criar links totalmente seguros entre redes terrestres e satélites, um requisito para a criação de uma rede global de criptografia quântica.

Criptografia quântica

A criptografia quântica usa fótons para codificar informações na forma de bits quânticos. Na sua forma mais simples, uma espécie de "criptografia 2D", cada fóton codifica um qubit.

Alicia Sit e seus colegas da Universidade de Ottawa demonstraram que é possível estabelecer uma comunicação óptica no espaço livre, em condições reais, usando esquemas nos quais um único fóton pode codificar mais informações - um conceito conhecido como criptografia quântica de alta dimensão.

Com oito bits necessários para codificar apenas uma letra, por exemplo, empacotar mais informações em cada fóton aumenta significativamente a velocidade de transmissão de dados.

"Nosso trabalho é o primeiro a enviar mensagens de modo seguro usando criptografia quântica de alta dimensão em condições urbanas realistas, incluindo a turbulência," disse o coordenador da equipe, professor Ebrahim Karimi. "O esquema de comunicação seguro e pelo espaço livre que demonstramos pode potencialmente conectar a Terra com os satélites, conectar de forma segura locais onde é muito caro instalar fibras ou ser usado para comunicação criptografada com um objeto em movimento, como um avião".

Criptografia 4D

A equipe chama seu esquema de criptografia de alta dimensão de "criptografia 4D" porque cada fóton codifica dois bits de informação, o que fornece quatro possibilidades - 01, 10, 00 ou 11.

Eles fizeram a demonstração em uma rede óptica de espaço livre entre dois edifícios na Universidade de Ottawa, um localizado a 300 metros do outro.

O próximo passo será implementar o esquema em uma rede que incluirá três links a cerca de 5,6 quilômetros de distância. Para isso eles usarão uma tecnologia conhecida como óptica adaptativa para compensar a turbulência - a mesma óptica adaptativa usada em telescópios.

Mais à frente, eles pretendem conectar sua rede a outra montada na mesma cidade por uma equipe da Universidade de Waterloo. "Nosso objetivo de longo prazo é implementar uma rede de comunicação quântica com múltiplos links, mas usando mais de quatro dimensões e tentar contornar a turbulência," disse Sit.

Bibliografia:

High-Dimensional Intra-City Quantum Cryptography with Structured Photons
Alicia Sit, Frédéric Bouchard, Robert Fickler, Jérémie Gagnon-Bischoff, Hugo Larocque, Khabat Heshami, Dominique Elser, Christian Peuntinger, Kevin Günthner, Bettina Heim, Christoph Marquardt, Gerd Leuchs, Robert W. Boyd, Ebrahim Karimi
Optica
Vol.: 4, Issue 9, 1006-1010
DOI: 10.1364/optica.4.001006




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