Criptografia quântica demonstrada em ambiente real usando átomos artificiais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/07/2024

A distribuição das chaves quânticas foi feita usando conexões de fibra óptica entre duas cidades alemãs.
[Imagem: PTB]

Distribuição de chaves quânticas

Engenheiros alemães fizeram uma demonstração em condições reais - usando uma rede de fibras ópticas na cidade de Hannover - de um novo método de segurança nas comunicações virtualmente inquebrável, porque é fundamentado na física quântica.

Este avanço pode revolucionar a forma como as informações podem ser protegidas contra ameaças cibernéticas, viabilizando muito mais cedo do que se imaginava as capacidades da criptografia quântica.

Os métodos convencionais de criptografia dependem de algoritmos matemáticos complexos e dos limites do poder computacional atual. No entanto, com o surgimento dos computadores quânticos, estes métodos estão se tornando cada vez mais vulneráveis, gerando o que os especialistas em segurança chamam de Apocalipse Quântico.

A alternativa está na distribuição de chaves quânticas, ou QKD (Quantum Key Distribution), uma tecnologia que tira proveito das propriedades exclusivas da física quântica para proteger a transmissão de dados. Ao usar fótons únicos como portadores das chaves, esta técnica garante que qualquer tentativa de interceptar a comunicação será detectada imediatamente, já que a própria tentativa introduz erros no sinal.

Este método vem sendo continuamente otimizado ao longo dos anos, mas o estabelecimento de grandes redes tem sido um desafio devido às limitações das fontes de luz quântica desenvolvidas até agora, que são necessárias para emitir fótons individuais altamente padronizados.

Mapa e detalhes do experimento, que se diferenciou das demonstrações anteriores por usar pontos quânticos como fontes de fótons únicos.
[Imagem: Jingzhong Yang et al. - 10.1038/s41377-024-01488-0]

Pontos quânticos como fonte de fótons únicos

Jingzhong Yang e seus colegas das universidades de Hannover e Stuttgart, e do Instituto Federal Físico e Técnico (PTB), agora fizeram progressos significativos neste campo.

Em vez de depender dos equipamentos disponíveis, que ainda não são bons o quanto se gostaria, a equipe usou pontos quânticos como fontes de fótons únicos - sim, os mesmos semicondutores que estão servindo como píxeis das telas mais modernas. Os pontos quânticos também emitem fótons únicos, cuja polarização pode ser controlada, algo fundamental para a distribuição de chaves quânticas.

O teste rendeu altas taxas de transmissão segura de chaves em uma distância de 79 quilômetros, usando um link de comunicação quântica entre Hannover e Braunschweig.

"Nós trabalhamos com pontos quânticos, que são estruturas minúsculas semelhantes a átomos, mas adaptadas às nossas necessidades. Pela primeira vez, usamos esses 'átomos artificiais' em um experimento de comunicação quântica entre duas cidades diferentes," disse o professor Fei Ding. "Há alguns anos, apenas sonhávamos em usar pontos quânticos em cenários de comunicação quântica do mundo real. Hoje, estamos entusiasmados por demonstrar o seu potencial para muitas mais experiências e aplicações fascinantes no futuro, avançando em direção a uma 'internet quântica'."

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