Pesquisadores da ETH Zürich e da Universidade Nacional de Cingapura realizaram um estudo para investigar se a destilação de vantagem, uma técnica de criptografia clássica que até agora nunca foi implementada com sucesso, pode ser aplicado a sistemas de distribuição de chave quântica independente de dispositivo (DIQKD) com o objetivo de criar uma chave secreta para comunicação entre diferentes partes. O termo DIQKD descreve uma nova forma de criptografia quântica que permite que usuários honestos certifiquem a segurança da informação usando apenas as estatísticas de medição observadas.

Isso significa que a segurança é baseada na detecção de não localidade quântica, que garante que nenhuma outra parte, além dos usuários honestos, pode ser correlacionado à chave gerada. Protocolos DIQKD, que se baseiam nas leis da física quântica, são uma adaptação das abordagens mais tradicionais de distribuição quântica de chaves (QKD).

O principal objetivo das abordagens convencionais de QKD é extrair uma chave das correlações obtidas medindo uma série de sistemas quânticos. Protocolos DIQKD, por outro lado, baseiam-se em observações anteriores, sugerindo que quando essas correlações violam uma desigualdade de Bell, uma chave segura pode ser extraída mesmo se os dispositivos de diferentes usuários não estiverem totalmente caracterizados.

Em outras palavras, ao avaliar a segurança dos protocolos DIQKD, os usuários não precisam presumir que os dispositivos de comunicação estão operando de acordo com suas especificações. Isso está em forte contraste com a dependência do dispositivo observada em protocolos QKD tradicionais, que normalmente assumem que os dispositivos conectados estão implementando uma faixa específica de operações quânticas.

Esta característica única do DIQKD pode aumentar significativamente a segurança das comunicações e trocas de dados, pois permanece seguro mesmo se um invasor conseguir influenciar o comportamento dos dispositivos dos usuários. Este aumento de segurança, Contudo, é frequentemente acompanhado por uma limitação crucial:para obter taxas de chaves positivas, Os protocolos DIQKD requerem baixos níveis de ruído. Em seu jornal, publicado em Cartas de revisão física , Ernest Tan, Charles Lim e Renato Renner tentaram superar essa limitação usando uma técnica de criptografia conhecida como "destilação de vantagem".

"Na década de 1990, criptógrafos clássicos surgiram com a proposta de gerar chaves criptográficas a partir da radiação cósmica de fundo, "Renner disse ao Phys.org." A ideia era que a radiação pode ser medida em qualquer lugar, então duas partes, dizem Alice e Bob, quem gostaria de se comunicar secretamente, pode ouvir a radiação e gerar uma chave comum a partir dela, que eles poderiam usar para criptografar seu canal de comunicação. O problema (óbvio) é, claro, que um adversário, Véspera, pode ouvir a mesma radiação, e, portanto, inferir a mesma chave também, então não seria segredo. "

Para evitar que terceiros acessem uma comunicação privada entre duas pessoas, os criptógrafos introduziram uma técnica conhecida como destilação de vantagem. Esta técnica permite que duas pessoas se comuniquem (por exemplo, Alice e Bob) para identificar segmentos de radiação cósmica de fundo onde eles têm uma vantagem sobre uma parte intrusa (por exemplo, Eva).

Isso significa que, nessas partes específicas da radiação, Os sinais medidos de Alice estão mais fortemente correlacionados aos de Bob do que aos de Eva. Como consequência, essas partes podem ser usadas para gerar uma chave secreta que Eva não pode acessar.

"Embora essa ideia pareça promissora, nunca chegou a aplicações práticas, "Renner disse." A razão para isso é que as suposições que devem ser feitas sobre a radiação se revelaram irrealistas. "

O DIQKD e o cenário originalmente considerado para destilação de vantagem compartilham várias semelhanças. No DIQKD, Contudo, a radiação é substituída por um sinal que consiste em pares de partículas emaranhadas, distribuído por uma fonte não confiável, que pode até ser controlado pelo terceiro, festa intrusa. Com base nessa semelhança, os pesquisadores decidiram explorar se a ideia de destilação de vantagem é realmente aplicável ao DIQKD e se pode melhorar sua tolerância ao ruído.

“O principal desafio do DIQKD é que quase nada se sabe sobre as informações que a adversária Eva pode ter recolhido, "Renner explicou." Em princípio, essa informação pode até consistir em infinitamente muitos qubits. Portanto, tivemos que usar e desenvolver técnicas teóricas da informação que nos permitissem caracterizar essas informações não estruturadas. "

Usando as técnicas que desenvolveram, os pesquisadores foram capazes de mostrar que a destilação de vantagem é possível mesmo em configurações de criptografia extremas, como no DIQKD. Eles descobriram que seu método permite a melhoria dos limites de tolerância a ruído além dos valores previamente conhecidos, o que deve facilitar a realização de uma demonstração experimental do DIQKD.

"O Santo Graal na comunidade da criptografia quântica é ter uma demonstração experimental totalmente funcional e segura do DIQKD, "Renner disse." Este, Contudo, parece ser muito desafiador, e requer um esforço conjunto de pesquisadores experimentais e teóricos. "

Atualmente, vários físicos estão tentando melhorar os sistemas DIQKD existentes:experimentalistas, reduzindo o ruído em dispositivos de comunicação, e teóricos, desenvolvendo protocolos que são menos exigentes em termos de tolerância a ruído. O estudo realizado por Tan, Lim e Renner, que se enquadra na última categoria, pode, em última análise, abrir caminho para o desenvolvimento de novas estruturas DIQKD que sejam seguras e totalmente eficazes.

"Nosso trabalho mostra que a destilação de vantagem pode melhorar a tolerância ao ruído do DIQKD, "Renner disse." No entanto, nossa análise está muito provavelmente longe do ideal, já que alguns dos métodos (muito poderosos) da teoria quântica da informação não eram utilizáveis ​​no ambiente de DI. Isso significa que agora precisamos explorar se as técnicas que usamos podem ser generalizadas. "

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