Canais de dados quânticos e clássicos fluem pela mesma fibra óptica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/02/2023

Configuração experimental que reuniu um canal de dados quânticos com 60 canais WDM de última geração.
[Imagem: Orange Innovation]

Copropagação de sinais quânticos e clássicos

Talvez não seja necessário construir novas redes físicas para que comecemos a usufruir dos benefícios da computação quântica, sobretudo da segurança da criptografia quântica.

Engenheiros das empresas Orange e Toshiba demonstraram que um canal de dados quânticos pode se propagar na mesma fibra óptica que canais de dados comuns, ou clássicos. Os dois tipos de dados percorreram a fibra simultaneamente por várias dezenas de quilômetros, com uma baixa taxa de erro.

Isso pode reduzir muito o custo de implementação da distribuição de chaves quânticas (QKD) para transmissão segura de dados, permitindo que a QKD seja usada em redes já implantadas.

O teste envolveu a copropagação dos sinais quânticos com canais de dados com multiplexação por divisão do comprimento de onda (WDM), e isto sem qualquer alteração nas regras de engenharia dos canais WDM operacionais.

A equipe constatou que a copropagação do canal quântico QKD em 1310 nm, ao lado de 60 canais WDM a 100 Gb/s, produziu uma taxa de dados total de 6 Tb/s. Mais importante, a chave segura se manteve intacta para comprimentos de fibra de 50 km e de 70 km.

Isto mostra a possibilidade real de que um sistema QKD comercial possa ser implantado em links WDM já existentes, mesmo que totalmente preenchidos, com canais de 100 Gb/s e 400 Gb/s, como os presentes nas interconexões das centrais de dados.

"A alta taxa de chaves secretas obtida nesta configuração é muito promissora para a introdução da QKD nas redes das operadoras," disse Paulette Gavignet, coordenador do experimento.

Chaves seguras

A QKD usa as propriedades quânticas da luz para gerar chaves aleatórias seguras para criptografar e descriptografar dados.

Embora essa abordagem ofereça uma maneira extremamente segura de criptografia, sua implantação tem sido restrita pelo alto custo e pelas restrições de conversão das redes existentes em sistemas habilitados para QKD. Tentativas anteriores de transmitir sinais quânticos através das redes de fibra existentes sofreram com altas taxas de erro devido ao espalhamento da luz copropagada.

Para alcançar os melhores resultados já obtidos até agora, a equipe usou um canal quântico de 1310 nm, para aumentar a separação espectral entre o canal quântico e o canal de serviço QKD, bem como dos canais de dados multiplexados. Eles também adicionaram filtros espectrais de alta extinção e controle no domínio do tempo no receptor QKD para isolar o canal quântico dos sinais de copropagação e da luz espalhada, o que melhorou a relação sinal-ruído.

Os resultados também ajudaram a desenvolver uma nova métrica ao mostrar que o número de canais e/ou a taxa total de bits que se propagam com o canal quântico não são os melhores parâmetros para avaliar a capacidade de coexistência dos canais clássicos e da QKD. Em vez disso, o parâmetro mais importante foi a potência total da WDM que se propaga com o canal quântico. Com isso em mente, os pesquisadores propõem sua nova métrica, que eles chamam de eficiência de copropagação, para avaliar o desempenho da propagação conjunta de sinais clássicos e quânticos.