Pelo segundo ano consecutivo, uma equipe dos laboratórios nacionais Oak Ridge e Los Alamos do Departamento de Energia liderou uma demonstração patrocinada pelo EPB, uma empresa de serviços públicos e telecomunicações baseada na comunidade que atende Chattanooga, Tennessee.

Usando uma parte isolada da rede de fibra óptica do EPB, a equipe experimentou tecnologias baseadas em quantum que poderiam melhorar a segurança cibernética, longevidade e eficiência da rede elétrica do país. Entre outros sucessos, os pesquisadores aumentaram drasticamente o alcance que esses recursos podem cobrir em colaboração com seu novo parceiro da indústria, Qubitekk.

A equipe testou a distribuição de chaves quânticas, ou QKD, sistemas que utilizam o poder da mecânica quântica para autenticar dados e criptografar mensagens com uma "chave" secreta. Usando métodos de criptografia privada, a chave transmite com segurança informações "bloqueadas" de um sistema QKD para outro por meio de um "nó confiável" que é virtualmente invulnerável a ataques cibernéticos.

"Esta tecnologia não depende das leis matemáticas que governam a segurança dos computadores modernos, mas das leis físicas da mecânica quântica que não mudam com o tempo, "disse Raymond Newell, que lidera a equipe de comunicações quânticas do LANL. "Como resultado, podemos oferecer garantias de segurança que permanecerão verdadeiras indefinidamente porque não se baseiam em suposições. "

Ano passado, ORNL, LANL e EPB demonstraram que os sistemas QKD podem funcionar juntos perfeitamente, apesar de ter diferentes componentes de hardware e software subjacentes, um passo importante para eventualmente incorporar o QKD à rede - que fornece eletricidade para edifícios nos Estados Unidos - em nível nacional. Esses sistemas podem ajudar a garantir a compatibilidade de equipamentos de vários fornecedores que oferecem suporte a proprietários e operadores de serviços públicos.

"Tendo demonstrado interoperabilidade, agora podemos mostrar os benefícios de um intervalo estendido que cobre um território maior e simplesmente vai além do que seria possível com um único sistema operando por conta própria, "Newell disse.

Durante a demonstração deste ano, os pesquisadores colocaram seus sistemas e um novo sistema desenvolvido pela Qubitekk, um desenvolvedor e fabricante de QKD, em subestações elétricas em Chattanooga. Essas subestações eram conectadas por um pedaço da rede de fibra óptica da EPB reservada para teste e serviam como pitstops que permitiam que cada sistema passasse uma chave para o próximo sistema.

Graves limitações de distância impediam anteriormente que o QKD se tornasse um acréscimo viável às técnicas de gerenciamento de rede existentes, mas este teste provou que três sistemas distintos podem completar uma retransmissão do mundo real de chaves quânticas em toda a cidade.

"Demonstrar com sucesso o desempenho do QKD em um ambiente real ajuda a estabelecer a viabilidade desta tecnologia para proteger a infraestrutura crítica de fornecimento de energia, "disse Nicholas Peters, a Ciência da Informação Quântica, ou QIS, líder do grupo no ORNL.

Armazenar os sistemas QKD em subestações - caixas rodeadas por edifícios, máquinas fotográficas, cercas e outras medidas de segurança - desde proteção cibernética e física.

"O QKD é único porque pode detectar a presença de qualquer intruso que tente interceptar e copiar informações, "disse o líder da equipe de comunicações do ORNL QIS Quantum, Phil Evans." Essas interceptações aparecem como erros e nós as descartamos antes que possam vazar qualquer informação importante. "

Além de estender a distância física pela qual esses sistemas podem se comunicar, a abordagem de nó confiável também beneficia os fornecedores de serviços públicos, permitindo a existência de subestações adicionais na rede quântica. Como resultado, o centro de controle pode se comunicar e emitir com segurança instruções críticas para todas as subestações simultaneamente.

"Com esta tecnologia, os utilitários obtêm melhor segurança cibernética sem introduzir problemas administrativos. É uma solução de definir e esquecer que simplifica as operações de segurança cibernética para utilitários, "disse Duncan Earl, presidente e diretor de tecnologia da Qubitekk.

As atuais comunicações de smart grid alavancam as tecnologias clássicas existentes, mas adicionar redes quânticas privadas aumentaria a segurança cibernética e melhoraria a durabilidade de recursos cruciais. Embora os dispositivos do dia-a-dia, como smartphones e laptops, geralmente exijam substituição a cada poucos anos, quando o software operacional não é mais compatível, trocar subestações ou geradores que muitas vezes seriam impraticáveis ​​e caros.

"Em princípio, Os sistemas QKD integrados à rede permaneceriam seguros por décadas, corresponder ou exceder a vida útil da infraestrutura física, "Peters disse.

Embora a segurança cibernética e a longevidade sejam importantes para o desempenho do QKD, melhor eficiência operacional também é essencial. Por exemplo, partes da rede que suportam fontes de energia renováveis, como a energia solar, dependem da posição em constante mudança do sol e das nuvens, e o QKD poderia ajudar a distribuir a responsabilidade por outras partes da rede para compensar a saída flutuante enquanto ainda colhe os frutos da energia verde.

Com uma das redes inteligentes mais avançadas do país, O EPB se tornou um pioneiro na pesquisa de grades por meio de parcerias de longa data e novas demonstrações que testam a tecnologia quântica em magnitude sem precedentes.

"Estamos orgulhosos de nossa parceria com o DOE, ORNL e LANL e que EPB poderia hospedar este teste de campo de segurança baseado em quantum para esta simulação, "disse Steve Morrison, Diretor de Segurança da Informação do EPB. "Essas demonstrações de rede inteligente nos ajudam a desenvolver tecnologia promissora para ajudar a proteger a rede elétrica da América contra ataques cibernéticos."

Os pesquisadores do ORNL e do LANL continuam a desenvolver tecnologias quânticas - algumas das quais são licenciadas comercialmente e outras estão nos estágios iniciais de teste - e ambos os laboratórios planejam continuar a colaborar com o EPB.

"Descobrimos que eles são um excelente parceiro, "Evans disse." Eles têm uma mentalidade muito voltada para o futuro e construíram uma rede de fibra óptica fantástica que inclui a cama de teste de fibra escura isolada que nos deixaram usar para muitos experimentos. Não poderíamos ter chegado tão longe sem o pessoal da EPB. "

Aos poucos, a equipe espera implantar mais recursos QKD no sistema de grade nacional para ver esses mesmos avanços em uma escala muito maior.