Pesquisadores alcançam distribuição quântica de chaves para segurança cibernética em novo experimento
O pesquisador do ORNL, Brian Williams, se prepara para uma demonstração de um sistema quântico de distribuição de chaves. Crédito:Genevieve Martin/ORNL, Departamento de Energia dos EUA Pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia demonstraram que a segurança cibernética avançada baseada em quantum pode ser realizada em um link de fibra implantado.
Seus resultados, publicados em CLEO 2023 , validar um experimento de laboratório de prova de princípio anterior realizado por cientistas do ORNL em 2015.
A equipe transmitiu um sinal quântico para distribuição de chave quântica – uma abordagem segura para compartilhar uma chave secreta – usando um verdadeiro oscilador local. Um oscilador local suprime os efeitos do ruído espalhado por outros dados transmitidos na mesma rede de fibra óptica, e o trabalho demonstrou a coexistência entre os sinais de dados quânticos e convencionais.
O sinal viajou pela rede de fibra óptica do ORNL codificado em variáveis contínuas que descreviam as propriedades das partículas de luz, ou fótons, em amplitude e fase. O uso de variáveis contínuas de fótons para codificação permite um número quase infinito de configurações para distribuição de aleatoriedade que podem ser usadas para segurança cibernética e permite compatibilidade com sistemas de comunicação clássicos existentes.
A experiência da equipa do ORNL não só abriu novos caminhos na segurança da informação, mas também aproveitou a infra-estrutura de fibra óptica existente, o que permitiria uma adopção mais barata e mais fácil.
O experimento resolveu grandes obstáculos à implementação da distribuição de chaves quânticas e ao mesmo tempo melhorou a segurança, disse Nicholas Peters, chefe da Seção de Ciência da Informação Quântica do ORNL e investigador principal do estudo.
“A distribuição de chaves quânticas é um protocolo criptográfico onde duas partes podem gerar uma chave segura que só elas conhecem”, disse Peters. "Neste experimento, isso é feito usando lasers para gerar pulsos ópticos fracos entre dois pontos, geralmente chamados de Alice e Bob."
Quando a parte receptora mede um pulso, as medições podem revelar se um bisbilhoteiro interceptou e corrompeu a mensagem. Em experimentos anteriores sem um oscilador local verdadeiro, este pulso óptico foi transmitido junto com o oscilador local. Os métodos anteriores criaram o potencial para vulnerabilidades não abordadas nas melhores práticas atuais definidas pelo conceito subjacente de segurança. O novo método depende de sinais ópticos gerados por lasers independentes nos pontos de transmissão e recepção.
“Basicamente, estamos analisando interferência”, disse Brian Williams, principal autor do estudo e cientista de pesquisa quântica do ORNL. "É como jogar uma pedra em um lago e criar ondulações. Isso é semelhante à natureza ondulatória de um fóton que estamos observando. Se duas pedras forem jogadas, elas criarão padrões estranhos na água. Estamos fazendo uma interferência semelhante medição baseada nesse sinal quântico, mas apenas a parte que corresponde ao laser é detectada. Isso requer uma resolução de energia muito estreita."
O excesso de ruído corrói a taxa da chave que pode ser distribuída. Muito ruído e uma fração da chave potencial é consumida para proteger a confidencialidade.
“O objetivo é obter a melhor relação sinal-ruído possível”, disse Williams. "Ao usar um laser de energia estreita como oscilador local, ele atua como um filtro para o ruído de fundo e melhora a relação sinal-ruído."
Os esforços futuros se concentrarão na reprodução dos resultados do experimento em uma gama mais ampla de cenários de rede.
