Rede quântica segura demonstrada em condições urbanas reais

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/09/2017

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 fótonatravés 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".

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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.

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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