A Toshiba e a Tohoku Medical Megabank Organization da Tohoku University aplicaram com sucesso tecnologias de comunicações criptográficas quânticas de alta velocidade desenvolvidas no Laboratório de Pesquisa Cambridge da Toshiba e Toshiba Research Europe para alcançar a primeira comunicação de criptografia quântica do mundo em velocidades de distribuição de chaves médias de um mês superiores a 10 Mbps sobre as linhas de fibra óptica instaladas.

As empresas construíram um aplicativo para transmissão de dados por meio de linhas de fibra óptica, que, quando combinada com tecnologias de comunicação de criptografia quântica de alta velocidade, demonstrou velocidades práticas de distribuição de chaves, mesmo em um ambiente do mundo real. As empresas, além disso, construíram e operaram uma rede de sensores sem fio que monitora continuamente as linhas de fibra óptica instaladas, e esclareceu as relações entre as mudanças características na fibra óptica devido às variações do clima durante todo o ano, vibração, e outros fatores e as características de desempenho das comunicações criptográficas quânticas. Este é um avanço significativo em direção à aplicação prática de comunicações de criptografia quântica de alta velocidade. Detalhes desta tecnologia e demonstração foram apresentados no QCrypt 2018, realizada em Xangai, China de 27 a 31 de agosto de 2018.

Na era IoT de hoje, informações confidenciais, como dados médicos e transações financeiras, são trocadas por meio de redes, portanto, as tecnologias de comunicação criptográfica exigem níveis muito altos de segurança. Em comunicações de criptografia quântica, um bit de informação é transmitido e recebido como um único fóton de luz. A escuta secreta altera o estado dos fótons e, portanto, pode ser detectada com segurança. As comunicações de criptografia quântica são, portanto, garantidas como seguras contra qualquer escuta e descriptografia, incluindo os computadores quânticos, e, portanto, devem ser introduzidos em aplicativos de comunicação, como backups de dados confidenciais e transmissões de dados médicos, etc. No entanto, as aplicações práticas que incorporam a comunicação de criptografia quântica exigirão o desenvolvimento de sistemas que incorporem a infraestrutura de comunicação de dados existente usando linhas de fibra óptica, bem como demonstrações de que tais sistemas podem operar de forma estável por longos períodos de tempo.

Em um projeto de pesquisa conjunta, A Toshiba e a ToMMo aplicaram tecnologias de comunicações criptográficas quânticas de alta velocidade desenvolvidas no Laboratório de Pesquisa Cambridge da Toshiba and Toshiba Research Europe para desenvolver um sistema que foi introduzido em aplicativos que transmitem dados de análise de genoma e para realizar experimentos de demonstração em campo. Nestes experimentos, dispositivos criptográficos quânticos foram introduzidos no Toshiba Life Science Analysis Center (Minamiyoshinari, Aoba-ku, Sendai) e na ToMMo (Seiryo-machi, Aoba-ku, Sendai), e as comunicações foram realizadas através de linhas de fibra óptica instaladas dedicadas entre os locais, uma distância de aproximadamente 7 km.

As empresas também desenvolveram e incorporaram um sistema de gerenciamento de chaves criptográficas distribuídas junto com um software de criptografia de dados que opera em coordenação com esse sistema. O sistema criptografou e transmitiu dados de análise de genoma entre os dois locais usando essas tecnologias de comunicação criptográfica quântica. O sistema estabilizou continuamente a velocidade de distribuição de chaves quânticas e atingiu uma taxa média de distribuição de chaves de 10,2 Mbps em operações contínuas com duração de mais de um mês. Esta é a primeira demonstração mundial da distribuição de chaves criptográficas quânticas em velocidades que excedem 10 Mbps em um ambiente do mundo real.

Além disso, a introdução de uma rede de sensores sem fio nas linhas de fibra óptica instaladas acima mencionadas permitiu a medição de flutuações ambientais externas às comunicações, como variações durante todo o ano na vibração da fibra óptica devido a fatores como mudança de temperatura, chuva, cobertura de neve, vento forte, e terremotos, esclarecendo suas relações com o desempenho de comunicação de criptografia quântica.

A Toshiba continuará a buscar testes de campo operacionais e semelhantes com o objetivo de aplicações práticas da tecnologia de criptografia quântica em vários campos e casos de uso, incluindo médicos, financeiro, e infraestrutura de comunicações. ToMMo continuará a promover o uso de tecnologias TIC seguras e protegidas para realizar cuidados médicos futuros com base em informações genômicas.