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Jun 03, 2023

Criptografia impenetrável para comunicação de dados: pesquisadores retiram do laboratório a distribuição de chaves quânticas

Por The Optical Society 18 de junho de 2021 O teste de campo mostra que o sistema QKD simples funciona com a rede de telecomunicações existente na Itália. Em um novo estudo, os pesquisadores demonstram um sistema automatizado e fácil de operar

By The Optical Society 18 de junho de 2021

Teste de campo mostra que o sistema QKD simples funciona com a rede de telecomunicações existente na Itália.

Em um novo estudo, os pesquisadores demonstram um sistema de distribuição quântica de chaves (QKD) automatizado e fácil de operar usando a rede de fibra da cidade de Pádua, Itália. O teste de campo representa um passo importante para a implementação desta tecnologia de comunicação quântica altamente segura, utilizando o tipo de redes de comunicação já existentes em muitas regiões ao redor do mundo.

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 em que a segurança é fundamental porque oferece segurança incondicional para o processo de troca de chaves”, disse Marco Avesani, da Università degli Studi di Padova, na Itália, coautor 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.”

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 de 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: Grupo QuantumFuture, Università degli Studi di Padova

“Os sistemas QKD geralmente requerem um sistema de estabilização complexo e hardware de sincronização dedicado adicional”, disse Avesani. “Desenvolvemos um sistema QKD completo que pode ser

tem interface direta com equipamentos de telecomunicações padrão e não requer hardware adicional para sincronização. O sistema cabe facilmente nos gabinetes de rack comumente encontrados em salas de servidores.”

Para produzir os estados quânticos exigidos pelo QKD, os pesquisadores desenvolveram um novo codificador para manipular a polarização de fótons únicos. 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 comunicação quântica em espaço livre e por satélite, onde as recalibrações são difíceis de realizar.

“Por causa da tecnologia que desenvolvemos, a fonte estava pronta para produzir estados quânticos quando transferimos nosso sistema do laboratório para o local do teste de campo”, disse Calderaro. “Não tivemos que realizar o procedimento de alinhamento lento e muitas vezes sujeito a falhas, necessário para a maioria dos sistemas QKD.”

Todo o transmissor do novo sistema QKD cabe em um gabinete de rack de 19 polegadas, comumente encontrado em salas de servidores. Crédito: Luca Calderaro, Università degli Studi di Padova

Os pesquisadores também desenvolveram um novo algoritmo de sincronização, que chamam de Qubit4Sync, para sincronizar as máquinas dos dois usuários do 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. Isto torna o sistema menor, mais barato e mais fácil de integrar em uma rede óptica existente.

Para testar o novo sistema, os investigadores levaram os seus dois terminais QKD para dois edifícios universitários separados por cerca de 3,4 km, em diferentes zonas 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.

“O teste de campo foi um sucesso”, 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.”

Numa demonstração pública, os investigadores usaram a sua configuração para permitir uma videochamada com segurança 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 chaves secretas, ao mesmo tempo em que possui menos componentes e é mais fácil de integrar em uma rede de fibra existente.