Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo simples e estável para gerar os estados quânticos necessários para a distribuição de chaves quânticas. O dispositivo pode tornar mais prático o desenvolvimento de uma rede global de dados que usa esse método muito seguro de criptografia para proteger tudo, desde transações de cartão de crédito a textos.

Novas técnicas de criptografia são necessárias porque os computadores poderosos o suficiente para quebrar os códigos de criptografia baseados em algoritmos de hoje provavelmente estarão disponíveis nas próximas duas décadas. Em vez de depender da matemática, A distribuição de chave quântica usa propriedades quânticas de luz, como polarização, para codificar e enviar uma chave aleatória necessária para descriptografar os dados codificados. O método é excepcionalmente seguro porque qualquer intrusão de terceiros é detectável.

Na revista Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , pesquisadores da Universidade de Padova, na Itália, relatam que seu dispositivo todo em fibra pode mudar a polarização da luz mais de 1 bilhão de vezes por segundo. O dispositivo também é autocompensador, tornando-o insensível à temperatura e outras mudanças ambientais.

"Espera-se que a distribuição de chaves Quantum tenha um impacto profundo na privacidade e segurança dos cidadãos, "disse Giuseppe Vallone, que liderou esta pesquisa dentro do grupo de pesquisa QuantumFuture coordenado pelo co-autor Paolo Villoresi. "Nosso esquema simplifica a distribuição de chaves quânticas para comunicação no espaço livre - como de satélites para a Terra ou entre terminais móveis - que é necessária para alcançar uma rede quântica global."

Desenvolvendo uma rede global

Como a criptografia quântica não funciona bem em redes de fibra de longa distância, há agora um impulso para desenvolver uma rede de comunicação quântica baseada em satélite para conectar várias redes de criptografia quântica baseadas em solo em todo o mundo.

Embora várias propriedades da luz possam ser usadas para criar estados quânticos para criptografia quântica, a polarização é particularmente adequada para links de espaço livre porque não é perturbada pela atmosfera e a decodificação no receptor pode ser realizada sem a tarefa desafiadora de canalizar os dados em fibra monomodo.

"Nosso objetivo é desenvolver um esquema de criptografia quântica para usar entre um satélite e o solo, onde as chaves são geradas em órbita, "disse Vallone." No entanto, os codificadores de polarização de hoje não são ideais para uso no espaço porque são instáveis, caro e complexo. Eles podem até exibir canais laterais que prejudicam a segurança do protocolo. "

Codificação de polarização rápida e estável

O novo codificador de polarização - que os pesquisadores chamam de POGNAC para POlarization SaGNAC - pode girar rapidamente a polarização da luz do laser de entrada graças a um interferômetro Sagnac de loop de fibra. Esta configuração divide a luz em dois feixes cujas polarizações estão em ângulos retos entre si. Os feixes então viajam através do loop de fibra nos sentidos horário e anti-horário. Os componentes atuais podem caber em um pacote medindo 15 x 5 x 5 centímetros, com maior miniaturização possível se componentes menores fossem incorporados.

Dentro do loop de fibra, os pesquisadores usaram um modulador eletro-óptico disponível comercialmente para alterar a polarização e criar os estados quânticos necessários para a distribuição quântica da chave. Como os componentes no sentido horário e anti-horário chegam ao modulador em momentos diferentes, cada um deles pode ser modulado de forma independente.

Os moduladores usam uma tensão aplicada para alterar a fase óptica. Contudo, o valor absoluto da mudança de fase depende de muitos parâmetros que mudam com o tempo. “No POGNAC, apenas a mudança relativa entre os dois componentes de polarização é relevante - esta mudança de fase relativa corresponde a uma mudança na polarização de saída - enquanto as mudanças que surgem das mudanças de temperatura e outros fatores são autocorrigidas, "disse Vallone." Isso torna o POGNAC muito estável e elimina desvios de polarização que afetaram outros dispositivos. "

Os pesquisadores testaram seu novo dispositivo medindo a polarização dos estados quânticos gerados pelo POGNAC e comparando-os com os valores esperados. Eles mediram uma taxa de erro de bit quântico intrínseca (QBER) tão baixa quanto 0,2%, bem abaixo do QBER de 1-2 por cento dos sistemas típicos de distribuição de chaves quânticas.

"Nossos resultados mostram que os dados podem ser codificados usando a polarização da luz de uma forma simples e eficiente, ", disse Vallone." Conseguimos fazer isso usando apenas componentes disponíveis comercialmente. "

Os pesquisadores estão continuando a melhorar sua abordagem e planejam realizar mais testes para ver como o POGNAC funciona ao codificar chaves quânticas para criptografia.