Pesquisadores criam rede quântica ‘impossível’ de hackear

Especialistas dizem que protocolo QKD permite redes quânticas para criar chaves de segurança à prova de hacking
Da Redação
14/06/2021
Compartilhar no linkedin
Compartilhar no email
Compartilhar no whatsapp
Compartilhar no facebook
Compartilhar no twitter
Compartilhar no pinterest

A equipe de pesquisa da Toshiba quebrou um novo recorde em comunicações quânticas baseadas em fibra óptica, graças a uma nova tecnologia chamada estabilização de banda dupla. Pesquisadores da empresa enviaram com sucesso informações quânticas por fibra óptica de 600 quilômetros de comprimento, o que é um novo recorde de distância. O feito, segundo especialistas, abre caminho para a implantação de redes quânticas em grande escala, que poderão ser usadas para trocar informações com segurança entre cidades e até mesmo países.

Trabalhando no laboratório de P&D da Toshiba em Cambridge, no Reino Unido, os cientistas demonstraram que podem transmitir bits quânticos (ou qubits) por centenas de quilômetros de fibra óptica sem embaralhar os frágeis dados quânticos codificados nas partículas, graças a uma nova tecnologia que estabiliza as flutuações ambientais que ocorrem na fibra.

Espera-se que a internet quântica, que terá a forma de uma rede global de dispositivos quânticos conectados por links de comunicação quântica de longa distância, possibilite a criação de aplicações web impossíveis de se imaginar na internet atual. Elas vão desde comunicações virtualmente impossíveis de hackear até a criação de clusters de dispositivos quânticos interconectados que, juntos, podem superar o poder de computação dos dispositivos tradicionais.

Mas, para se comunicar, os dispositivos quânticos precisam enviar e receber qubits — partículas minúsculas que existem em um estado quântico especial, mas extremamente frágil. Encontrar a melhor maneira de transmitir qubits sem que eles caiam de seu estado quântico tem feito cientistas de todo o mundo coçarem a cabeça por muitos anos.

Uma abordagem consiste em disparar qubits pelas fibras ópticas que conectam dispositivos quânticos. O método tem sido bem-sucedido, mas é limitado quando aplicado em larga escala: pequenas mudanças no ambiente, como flutuações de temperatura, fazem com que as fibras se expandam e contraiam e arriscam bagunçar os qubits.

É por isso que os experimentos com fibra óptica, até agora, têm se limitado tipicamente a centenas de quilômetros; em outras palavras, longe o suficiente para criar a internet quântica global em grande escala idealizada pelos cientistas.

Para lidar com as condições instáveis ​​dentro das fibras ópticas, os pesquisadores da Toshiba desenvolveram uma nova técnica chamada “estabilização de banda dupla”. O método envia dois sinais pela fibra óptica em diferentes comprimentos de onda. O primeiro comprimento de onda é usado para cancelar flutuações que variam rapidamente, enquanto o segundo comprimento de onda, que está no mesmo comprimento de onda dos qubits, é usado para ajustes mais precisos da fase.

Simplificando, os dois comprimentos de onda se combinam para cancelar as flutuações ambientais dentro da fibra em tempo real, o que, de acordo com os pesquisadores da Toshiba, permitiu que os qubits viajassem com segurança por mais de 600 quilômetros. A equipe da empresa já usou a tecnologia para testar uma das aplicações mais conhecidas das redes quânticas: a criptografia baseada em quantum.

Conhecido como Quantum Key Distribution (QKD), o protocolo potencializa redes quânticas para criar chaves de segurança impossíveis de hackear, o que significa que os usuários podem trocar informações confidenciais com segurança, como extratos bancários ou registros de saúde, em um canal de comunicação não confiável, como a internet.

Durante uma comunicação, o QKD funciona fazendo com que uma das duas partes criptografe uma parte dos dados, codificando a chave de criptografia em qubits e enviando esses qubits para a outra pessoa, graças a uma rede quântica. Por causa das leis da mecânica quântica, no entanto, é impossível para um espião interceptar os qubits sem deixar um sinal de espionagem que pode ser visto pelos usuários – que, por sua vez, podem tomar medidas para proteger as informações.

Veja isso
Como a criptografia se defenderá da computação quântica
Toshiba prevê receita de US$ 4,2 bi com criptografia quântica até 2030

Ao contrário da criptografia clássica, portanto, o QKD não depende da complexidade matemática da solução de chaves de segurança, mas sim alavanca as leis da física. Isso significa que mesmo os computadores mais poderosos seriam incapazes de hackear as chaves baseadas em qubits. É fácil perceber por que a ideia está chamando a atenção de atores de todas as partes, desde instituições financeiras até agências de inteligência.

A nova técnica da Toshiba para reduzir as flutuações nas fibras ópticas permitiu aos pesquisadores realizar o QKD em uma distância muito maior do que era possível anteriormente. “Este é um resultado muito empolgante”, disse Mirko Pittaluga, cientista pesquisador da Toshiba Europa. “Com as novas técnicas que desenvolvemos, extensões adicionais da distância de comunicação para QKD ainda são possíveis e nossas soluções também podem ser aplicadas a outros protocolos e aplicações de comunicações quânticas.”

Quando se trata de realizar QKD usando fibra óptica, a marca de 600 quilômetros da Toshiba é um recorde, que a empresa prevê que permitirá a criação de links seguros entre cidades como Londres, Paris, Bruxelas, Amsterdã e Dublin.

Outros grupos de pesquisa, no entanto, se concentraram em métodos diferentes para transmitir qubits, que permitiram que o QKD acontecesse em distâncias ainda maiores. Cientistas chineses, por exemplo, estão usando uma mistura de transmissões via satélite que se comunicam com fibras ópticas no solo e, recentemente, conseguiram realizar o QKD em uma distância total de 4.600 quilômetros.

Cada abordagem tem seus prós e contras: o uso de tecnologias de satélite é mais caro e pode ser mais difícil de aumentar. Mas uma coisa é certa: grupos de pesquisa no Reino Unido, China e Estados Unidos estão fazendo experiências em ritmo acelerado para tornar as redes quânticas uma realidade.

A pesquisa da Toshiba foi parcialmente financiada pela União Europeia, que está demonstrando grande interesse no desenvolvimento de comunicações quânticas. Enquanto isso, o último plano de cinco anos da China também atribui um lugar especial para redes quânticas; e os Estados Unidos publicaram recentemente um plano que mostra um passo a passo que leva ao estabelecimento de uma internet quântica global. Com agências de notícias internacionais.

Compartilhar:

Compartilhar no linkedin
Compartilhar no email
Compartilhar no whatsapp
Compartilhar no facebook
Compartilhar no twitter
Compartilhar no pinterest