Novos diagnósticos de fibra óptica P romote G ã lantal Q uantum E ncryption C onstruction
A distribuição de chaves quânticas não depende da matemática, mas usa propriedades quânticas de luz, como polarização, decodificação e transmissão de chaves aleatórias que decifram dados codificados. Esse método é especialmente seguro porque quaisquer intrusões de terceiros são detectadas.
Pesquisadores da Universidade de Pádua, na Itália, relataram na revista Optics Society of America (OSA), Optics Letters, que seus dispositivos totalmente em fibra têm mais de um bilhão de polarizações por segundo de luz selecionável. O dispositivo também é autocompensante e não é sensível à temperatura e a outras mudanças ambientais.
No grupo de pesquisa QuantumFuture, Giuseppe Vallone, que liderou a pesquisa com o co-autor Paolo Villoresi, disse: "Espera-se que a distribuição de chaves quânticas tenha profundo impacto na privacidade e segurança dos cidadãos. Nosso esquema simplifica a distribuição de chaves quânticas usadas na comunicação de espaço livre. Por exemplo, satélite-terra ou comunicação entre terminais móveis. A realização de redes quânticas globais requer comunicação de espaço livre. "
Tecnologia
Como as chaves quânticas não funcionam bem em redes de fibra ótica de longo alcance, é extremamente urgente desenvolver uma rede de comunicação quântica baseada em satélite que conecte diferentes redes quânticas criptografadas em terra em todo o mundo.
Embora as várias características da luz possam ser usadas para criar os estados quânticos necessários para a criptografia quântica, a polarização é particularmente adequada para a conexão de espaço livre porque não é afetada pela atmosfera e é decodificada no receptor sem a necessidade de coletar dados. Indo para fibra de modo único (esta é uma tarefa desafiadora).
Vallone disse: "Nosso objetivo é desenvolver um esquema de criptografia quântica que possa ser usado entre satélites e o solo. As chaves são geradas em órbita. No entanto, os decodificadores de polarização atuais não são adequados para uso espacial porque são instáveis e caros. Eles ainda mostram vulnerabilidades do canal lateral que podem enfraquecer a segurança do protocolo. "
Os pesquisadores dizem que o novo codificador de polarização é "POGNAC" e POGNAC é uma combinação de POlarization e SaGNAC. Com a ajuda de um interferômetro Sagnac em forma de anel de fibra ótica, esse codificador de polarização pode girar rapidamente a polarização do laser incidente. O dispositivo divide o feixe em dois e a polarização dos dois feixes é perpendicular entre si. Os dois feixes então passam através do loop de fibra no sentido horário e anti-horário, respectivamente. Os componentes atuais podem ser colocados em um pacote de 15 x 5 x 5 cm, e se os componentes incluídos forem menores, a embalagem pode ser miniaturizada.
No loop de fibra óptica, os pesquisadores usaram moduladores eletro-ópticos comercialmente disponíveis para mudar a polarização e criar o estado quântico necessário para a distribuição de chaves quânticas. Como os raios no sentido horário e anti-horário chegam ao modulador em momentos diferentes, eles são modulados independentemente um do outro.
O modulador usa uma tensão aplicada para alterar a fase óptica. No entanto, o valor absoluto do deslocamento de fase depende de vários parâmetros que variam ao longo do tempo. Vallone disse: "Em POGNAC, apenas o deslocamento relativo entre duas luzes polarizadas é significativo. Esse deslocamento relativo corresponde à mudança na polarização de saída. Ao mesmo tempo, o deslocamento causado por mudanças de temperatura e outros fatores é autocorretivo. torna o POGNAC muito estável e elimina a deriva da polarização que afeta outros dispositivos. "
Valor
Os pesquisadores testaram seus novos dispositivos medindo a polarização dos estados quânticos produzidos pelo POGNAC e comparando-os com os valores esperados. Eles mediram uma taxa de erro quântico (QBER) de culpa tão baixa quanto 0,2%, muito menor do que a taxa de erro quântico de 1% a 2% de um sistema típico de distribuição quântica de chaves.
"Nossos resultados mostram que os dados podem ser codificados de maneira simples e eficiente usando a polarização da luz", disse Vallone. "Podemos fazer isso apenas com componentes disponíveis comercialmente".
Os pesquisadores estão melhorando continuamente seus métodos e planejam realizar mais testes para observar como o POGNAC se comporta ao codificar chaves quânticas para criptografia.