Em negociações anteriores com o objetivo de reduzir os arsenais das superpotências nucleares do mundo, principalmente os EUA e a Rússia, um grande obstáculo tem sido o processo de verificação:como você prova que bombas reais e dispositivos nucleares - não apenas réplicas - foram destruídos, sem revelar segredos ocultos sobre o design dessas armas?

Agora, pesquisadores do MIT descobriram uma solução inteligente, que na verdade serve como uma versão baseada na física das chaves criptográficas usadas em sistemas de criptografia de computador. Na verdade, eles criaram duas versões totalmente diferentes de tal sistema, para mostrar que pode haver uma variedade de opções para escolher se alguma delas apresentar desvantagens. Suas descobertas são relatadas em dois artigos, um em Nature Communications e o outro no Proceedings of the National Academy of Sciences , com o professor assistente de ciência nuclear e engenharia do MIT, Areg Danagoulian, como autor sênior de ambos.

Por causa das dificuldades em provar que uma ogiva nuclear é real e contém combustível nuclear real (normalmente plutônio altamente enriquecido), tratados anteriores se concentraram em sistemas de lançamento muito maiores e mais difíceis de falsificar:mísseis balísticos intercontinentais, Mísseis de cruzeiro, e bombardeiros. Tratados de redução de armas, como START, que reduziu o número de sistemas de entrega em cada lado em 80 por cento na década de 1990, resultou na destruição de centenas de mísseis e aviões, incluindo 365 bombardeiros B-52 enormes cortados em pedaços por um dispositivo semelhante a uma guilhotina gigante no deserto do Arizona.

Mas para evitar os perigos da proliferação futura - por exemplo, se nações desonestas ou terroristas obtivessem o controle de ogivas nucleares - o próprio descarte das bombas e de seu combustível deveria ser uma meta de tratados futuros, Danagoulian diz. Então, uma forma de verificar tal destruição pode ser a chave para tornar tais acordos possíveis. Danagoulian diz que sua equipe, que incluiu o estudante de graduação Jayson Vavrek, pós-doutorado Brian Henderson, e o recém-formado Jake Hecla '17, encontrei um método assim, em duas variações diferentes.

"Como você verifica o que está em uma caixa preta sem olhar dentro? As pessoas tentaram muitos conceitos diferentes, "Danagoulian diz. Mas esses esforços tendem a sofrer do mesmo problema:se eles revelam informações suficientes para serem eficazes, eles revelam muito para serem politicamente aceitáveis.

Para contornar isso, o novo método é um análogo físico da criptografia de dados, em que os dados são normalmente manipulados usando um conjunto específico de grandes números, conhecido como a chave. Os dados resultantes são essencialmente processados ​​em jargões, indecifrável sem a chave necessária. Contudo, ainda é possível dizer se dois conjuntos de dados são ou não idênticos, porque após a criptografia eles ainda seriam idênticos, transformado exatamente no mesmo jargão. Alguém que visualiza os dados não tem conhecimento de seu conteúdo, mas ainda podia ter certeza de que os dois conjuntos de dados eram iguais.

Esse é o princípio que Danagoulian e sua equipe aplicaram, na forma física, com o sistema de verificação de ogivas - fazendo isso "não por meio de computação, mas através da física, "ele diz." Você pode hackear eletrônicos, mas você não pode hackear a física. "

Uma ogiva nuclear tem duas características essenciais:a mistura de elementos pesados ​​e isótopos que compõe seu "combustível nuclear", "e as dimensões da esfera oca, chamado de poço, em que esse material nuclear é normalmente configurado. Esses detalhes são considerados informações ultrassecretas em todas as nações que possuem tais armas.

Apenas medir a radiação emitida por uma suposta ogiva não é suficiente para provar que é real, Danagoulian diz. Pode ser uma falsificação contendo materiais irrelevantes para armas que emitem exatamente a mesma assinatura de radiação de uma bomba real. Sondas usando processos ressonantes sensíveis a isótopos podem ser usadas para sondar as características internas da bomba e revelar tanto a mistura de isótopos quanto a forma, provando sua realidade, mas isso revela todos os segredos. Então Danagoulian e sua equipe introduziram outra peça no quebra-cabeça:uma "chave" física contendo uma mistura dos mesmos isótopos, mas em proporções desconhecidas da equipe de inspeção e que, portanto, embaralham as informações sobre a própria arma.

Pense assim:é como se os isótopos fossem representados por cores, e a chave era um filtro colocado sobre o alvo, com áreas que equilibram cada cor no alvo com sua cor complementar exata, assim como um negativo fotográfico, para que, quando alinhadas, as cores se cancelem perfeitamente e tudo pareça preto. Mas se o próprio alvo tiver um padrão de cor diferente, a incompatibilidade seria flagrantemente óbvia - revelando um alvo "falso".

No caso do conceito baseado em nêutrons, é a mistura de isótopos pesados ​​que combinam, ao invés de cores, mas o efeito é o mesmo. O país que produziu a bomba produziria o "filtro correspondente, "neste caso, denominado recíproco criptográfico ou folha criptográfica. A ogiva a ser verificada, que pode ser escondido dentro de uma caixa preta para evitar qualquer inspeção visual, está alinhado com o recíproco criptográfico ou uma folha. A combinação passa por uma medição usando um feixe de nêutrons, e um detector que pode registrar as assinaturas ressonantes específicas do isótopo. Os dados de nêutrons resultantes podem ser renderizados como uma imagem que aparece essencialmente em branco se a ogiva for real, mas mostra detalhes da ogiva se não for. (Na versão alternativa, o feixe consiste em fótons, o "filtro" é uma folha criptográfica, e a saída é um espectro em vez de uma imagem, mas o princípio essencial é o mesmo.) Esses testes são baseados nos requisitos de uma Prova de Conhecimento Zero - onde o comprovador honesto pode demonstrar conformidade, sem revelar mais nada.

Há um outro desincentivo à trapaça embutido no sistema baseado em nêutrons. Como o modelo é um complemento perfeito da própria ogiva, tentar passar por um manequim em vez da coisa real faria exatamente o que as nações estão tentando evitar:revelaria alguns dos detalhes secretos da composição e configuração da ogiva (assim como um negativo fotográfico alinhado com um a correspondência positiva revelaria os contornos da imagem).

Danagoulian, que cresceu na Armênia quando fazia parte da União Soviética antes de emigrar para os EUA para fazer faculdade (ele recebeu seu bacharelado no MIT em 1999 e seu doutorado na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign em 2006), diz que se lembra vividamente dos dias da Guerra Fria, quando tanto os EUA quanto os EUA tinham milhares de mísseis nucleares perpetuamente prontos, destinadas às cidades umas das outras. Após a queda da União Soviética, ele diz, havia uma grande quantidade de material físsil adequado para a fabricação de bombas na Rússia e em seus antigos satélites. Este material "medido em dezenas de toneladas - que poderia ser usado para fazer milhares, se não dezenas de milhares, "de bombas nucleares, ele diz. Essas memórias forneceram uma forte motivação para encontrar formas de usar seus conhecimentos em física para facilitar a redução da quantidade desse material e do número de armas nucleares disponíveis em todo o mundo, ele diz.

A equipe verificou o conceito de nêutron por meio de simulações extensas e agora espera provar que ele funciona por meio de testes de materiais físseis reais, em colaboração com um laboratório nacional que pode fornecer tais materiais. O conceito de fóton foi o foco de um experimento de prova de conceito realizado no MIT e é descrito na publicação PNAS.

Se algum dia um sistema for adotado e ajudar a trazer reduções significativas na quantidade de armas nucleares no mundo, Danagoulian diz, "todos ficarão melhor. Haverá menos espera por aí, esperando para ser roubado, derrubado acidentalmente ou contrabandeado para algum lugar. Esperamos que isso diminua o problema. "