A criptografia quântica usando fótons únicos é uma técnica promissora para aumentar a segurança dos sistemas de comunicação e redes de dados, mas existem desafios na aplicação do método em grandes distâncias devido às perdas de transmissão. Usar a amplificação óptica convencional não ajuda, pois isso interrompe a ligação quântica entre o emissor e o receptor, mas os físicos na Europa encontraram uma solução - a anunciada amplificação de fótons - e a testaram.

O time, que inclui pesquisadores da Universidade de Genebra e da Delft University of Technology, demonstrou a técnica em uma distância simulada de 50 km, relatando seus resultados no jornal Ciência e tecnologia quântica . O trabalho é publicado como parte de uma edição de foco no tema de criptografia quântica e redes quânticas.

"Na comunicação clássica, amplificadores são usados ​​para regenerar o sinal. Contudo, no regime quântico, isso adiciona muito ruído e destrói a coerência dos estados quânticos, "explicou Robert Thew, que co-lidera o Quantum Technologies Group na Universidade de Genebra. "Em nossos experimentos, nós superamos essa limitação explorando uma abordagem baseada em teletransporte, que pode ser considerado um canal sem perdas. "

Hoje, quando enviamos informações confidenciais pela internet, contamos com expressões matemáticas difíceis de resolver para proteger nossos dados de bisbilhoteiros. Contudo, essa abordagem é vulnerável a ataques no futuro, à medida que os computadores se tornam mais capazes de encontrar respostas para esses problemas numéricos.

Para contornar o problema, os físicos têm estado ocupados desenvolvendo esquemas alternativos para geração de chaves seguras com base não em expressões matemáticas, mas no comportamento quântico de partículas únicas de luz - fótons. O que mais, não são apenas essas técnicas impossíveis de quebrar por meios convencionais, eles também avisam sobre espionagem. Essas são as chamadas chaves quânticas.

Como os pesquisadores destacam, uma das principais aplicações da amplificação de fótons anunciada é para a chamada distribuição de chave quântica independente de dispositivo - uma abordagem que visa certificar a segurança de uma conexão com suposições mínimas sobre o próprio sistema e a tecnologia que é explorada.

No cerne da abordagem está a ideia conceitualmente simples de enviar um único fóton em um divisor de feixe 50/50 para gerar emaranhamento. Repetir o processo em sucessão e monitorar a saída de detectores de fóton único fornece os blocos de construção para estudar protocolos de comunicação quântica.

Indo um passo adiante, é possível distribuir o emaranhamento entre dois locais, gerar uma chave única para criptografar a transmissão de dados.

"O único fóton, ou caminho emaranhado, esquema que estamos usando também está intimamente conectado aos repetidores quânticos em termos de como o emaranhamento é distribuído nessas soluções de rede quântica e de longa distância, "comentou Thew." Nosso próximo passo é desenvolver fontes de fótons anunciados compactas e mais eficientes que possam ser implantadas com mais facilidade, permitindo-nos levar esses tipos de experimentos para as redes do mundo real. "