Abaixo de muitas cidades, existem redes complexas de fibras ópticas que transportam dados, codificado em pulsos de luz, para escritórios e residências. Pesquisadores da National University of Singapore (NUS) e Singtel, Grupo de tecnologia de comunicação líder da Ásia, demonstraram uma técnica que ajudará pares de partículas de luz a navegar sem problemas por essas redes, um avanço que permitirá uma segurança cibernética mais forte. A demonstração foi realizada em 10 km da rede de fibra da Singtel. Este projeto, conduzido em Cingapura, é conduzido pelo Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento de Segurança Cibernética NUS-Singtel, uma parceria público-privada apoiada pela National Research Foundation, Gabinete do Primeiro Ministro, Cingapura. Ele conta com a experiência do Centre for Quantum Technologies (CQT) da NUS.

Esta nova abordagem suporta a implantação de uma tecnologia conhecida como distribuição quântica de chaves (QKD). Transmitido por redes de fibra, ele usa sinais enviados em partículas de luz conhecidas como fótons. A detecção de fótons individuais cria chaves de criptografia para comunicação segura. Os dados criptografados com essas chaves são resistentes a todos os hacks computacionais.

Testes de QKD estão sendo conduzidos em todo o mundo à medida que governos e empresas reconhecem a necessidade de fortalecer sua segurança cibernética. Os testes de QKD realizados pela equipe NUS-Singtel usam pares de fótons que estão conectados pela propriedade quântica de emaranhamento. A maioria dos esquemas QKD exige que o remetente e o receptor de uma mensagem secreta troquem fótons diretamente ou confiem na fonte de suas chaves. Com esta abordagem alternativa, é possível verificar a segurança de uma chave fornecida por um fornecedor terceiro.

Funciona assim:o fornecedor criaria um par de fótons, em seguida, divida-os, enviando um para cada uma das duas partes que desejam se comunicar com segurança. O emaranhamento significa que quando as partes medem seus fótons, eles obtêm resultados correspondentes, um 0 ou 1. Fazer isso para muitos fótons deixa cada parte com padrões idênticos de 0s e 1s, dando-lhes uma chave para bloquear e desbloquear uma mensagem.

Tipicamente, cada fóton encontra uma pista de obstáculos diferente de segmentos de fibra emendados e caixas de junção. Em seus caminhos, os fótons também sofrem dispersão, onde eles efetivamente se espalham. Isso afeta a capacidade dos operadores de rastrear os fótons.

O novo truque, publicado a 4 de abril na revista científica Cartas de Física Aplicada , mantém os fótons emaranhados em sincronia enquanto viajam por caminhos diferentes na rede. Isso é importante porque eles são identificados pela lacuna entre seus tempos de chegada no detector. "As informações de tempo são o que nos permite vincular pares de eventos de detecção. Preservar essa correlação nos ajudará a criar chaves de criptografia mais rapidamente, "diz James Grieve, um pesquisador da equipe.

A técnica funciona projetando cuidadosamente a fonte de fótons para criar pares de partículas de luz com cores de cada lado de uma característica conhecida da fibra óptica chamada de 'comprimento de onda de dispersão zero'. Normalmente, nas fibras ópticas a luz mais azul chegaria mais rápido do que a luz mais vermelha, espalhando os tempos de chegada dos fótons. Trabalhar em torno do ponto de dispersão zero torna possível combinar as velocidades através do emaranhamento tempo-energia dos fótons. Então, o tempo é preservado.

Professor Associado Alexander Ling, um investigador principal da CQT, liderou este trabalho para o laboratório NUS-Singtel. Ele disse, "Antes desses resultados, não se sabia se a natureza multissegmentada da fibra implantada permitiria o cancelamento da dispersão de alta precisão, porque os segmentos geralmente não têm comprimentos de onda de dispersão zero idênticos. "

Ao mostrar que pode funcionar, a equipe aumenta as expectativas para QKD em relação à fibra comercial. Os fótons emaranhados podem encontrar outras aplicações, também. Por exemplo, os fótons em cada par são criados dentro de femtossegundos um do outro. Seus horários de chegada coordenados podem sincronizar relógios para operações críticas de tempo, como transações financeiras.