Os pesquisadores demonstraram um novo sistema QKD simples em uma rede de fibra em Pádua, Itália. Um mapa do centro da cidade [© 2021 Google] mostra que o transmissor foi colocado no Centro TIC da UniPD enquanto o receptor estava localizado no Departamento de Matemática. O transmissor e o receptor foram conectados por 3,4 km de fibras implantadas. Crédito:QuantumFuture Group, Università degli Studi di Padova
Em um novo estudo, pesquisadores demonstram um sistema automatizado, sistema de distribuição quântica de chaves (QKD) fácil de operar usando a rede de fibra na cidade de Pádua, Itália. O teste de campo representa um passo importante para a implementação desta tecnologia de comunicação quântica altamente segura usando o tipo de redes de comunicação já existentes em muitas regiões do mundo.
O QKD oferece criptografia impenetrável para comunicação de dados porque usa as propriedades quânticas da luz para gerar chaves aleatórias seguras para criptografar e descriptografar dados.
"O QKD pode ser útil em qualquer situação onde a segurança é fundamental, pois oferece segurança incondicional para o processo de troca de chaves, "disse Marco Avesani da Università degli Studi di Padova na Itália, co-primeiro autor do novo estudo com Luca Calderaro e Giulio Foletto. "Ele pode ser usado para criptografar e autenticar dados de saúde enviados entre hospitais ou transferências de dinheiro entre bancos, por exemplo."
No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , pesquisadores liderados por Paolo Villoresi e Giuseppe Vallone relatam que seu sistema simples é estável ao longo do tempo e pode gerar chaves criptográficas com segurança quântica em taxas sustentadas em uma infraestrutura de telecomunicações padrão.
"Os sistemas QKD geralmente requerem um sistema de estabilização complexo e hardware de sincronização adicional dedicado, "disse Avesani." Desenvolvemos um sistema QKD completo que pode fazer interface direta com o equipamento de telecomunicações padrão e não requer hardware adicional para sincronização. O sistema se encaixa facilmente nos gabinetes de rack normalmente encontrados em salas de servidores. "
Todo o transmissor para o novo sistema QKD se encaixa em um gabinete de rack de 19 polegadas, que é comumente encontrado em salas de servidores. Crédito:Luca Calderaro, Università degli Studi di Padova
Projetando um sistema fácil de usar
Para produzir os estados quânticos exigidos pelo QKD, os pesquisadores desenvolveram um novo codificador para manipular a polarização de fótons individuais. O codificador, que os pesquisadores chamam de iPOGNAC, fornece uma referência de polarização fixa e estável que não requer recalibração frequente. Esse recurso também é vantajoso para espaço livre e comunicação quântica de satélite, onde recalibrações são difíceis de realizar.
"Por causa da tecnologia que desenvolvemos, a fonte estava pronta para produzir estados quânticos quando movemos nosso sistema do laboratório para o local do teste de campo, "disse Calderaro." Não tivemos que executar o lento, e muitas vezes sujeito a falhas, procedimento de alinhamento necessário para a maioria dos sistemas QKD. "
Os pesquisadores também desenvolveram um novo algoritmo de sincronização, que eles chamam
Qubit4Sync, para sincronizar as máquinas dos dois usuários QKD. Em vez de usar hardware adicional dedicado e um canal de frequência adicional para sincronização, o novo sistema usa software e os mesmos sinais ópticos usados para QKD. Isso torna o sistema menor, mais barato, e mais fácil de integrar em uma rede óptica existente.
Para testar o novo sistema, os pesquisadores trouxeram seus dois terminais QKD para dois prédios universitários com cerca de 3,4 km de distância em diferentes seções de Pádua. Eles conectaram os sistemas a duas fibras ópticas subterrâneas que fazem parte da rede de comunicação da universidade. Essas fibras suportavam o canal quântico que transportava qubits e o canal clássico necessário para transferir informações auxiliares.
Uma videochamada com proteção quântica
"O teste de campo foi bem-sucedido, "disse Foletto." Mostramos que nosso sistema simples pode produzir chaves secretas a velocidades de kilobits por segundo e que funciona fora do laboratório com pouca intervenção humana. Também foi fácil e rápido de instalar. "
Em uma demonstração pública, os pesquisadores usaram sua configuração para permitir uma videochamada com proteção quântica entre o Reitor da Universidade de Pádua e o Diretor do Departamento de Matemática. Os pesquisadores observam que o desempenho do sistema é comparável a outros sistemas QKD comerciais em termos de taxa de geração de chave secreta, embora tenha menos componentes e seja mais fácil de integrar a uma rede de fibra existente.
Eles estão trabalhando para reduzir o tamanho do aparato de detecção e tornar o sistema mais robusto ao ruído de outras luzes que viajam na mesma fibra. O esforço para desenvolver um sistema QKD completo e autônomo levou à criação de uma empresa spin-off chamada ThinkQuantum s.r.l, que está trabalhando para comercializar essa tecnologia.
