Pesquisadores desenvolvem rede segura de comunicação quântica multiusuário

A invenção liderada pela Universidade de Bristol tem o potencial de servir a milhões de usuários, é considerada a maior rede quântica de seu tipo e poderia ser usada para proteger a comunicação online das pessoas, especialmente nestes tempos de internet acelerados por a pandemia COVID-19 .

Ao implantar uma nova técnica, aproveitando as leis simples da física, ele pode tornar as mensagens completamente seguras contra interceptação, ao mesmo tempo em que supera os principais desafios que anteriormente limitavam os avanços nessa tecnologia pouco usada, mas muito elogiada.

O autor principal, Dr. Siddarth Joshi, que chefiou o projeto nos laboratórios de Tecnologia de Engenharia Quântica (QET) da universidade, disse: “Isso representa um grande avanço e torna a internet quântica uma proposição muito mais realista. Até agora, construir uma rede quântica envolveu enormes custos, tempo e recursos, bem como muitas vezes comprometeu sua segurança, o que anula todo o propósito. ”

“Nossa solução é escalável, relativamente barata e, o mais importante de tudo, inexpugnável. Isso significa que é uma virada de jogo emocionante e abre o caminho para um desenvolvimento muito mais rápido e implantação generalizada dessa tecnologia. ”

Protegendo a Internet do futuro

A Internet atual depende de códigos complexos para proteger as informações, mas os hackers estão cada vez mais hábeis em enganar esses sistemas, levando a ataques cibernéticos em todo o mundo, que causam grandes violações de privacidade e fraudes que chegam a trilhões de libras anualmente. Com esses custos projetados para aumentar drasticamente, o caso para encontrar uma alternativa é ainda mais convincente e o quantum tem sido aclamado por décadas como o substituto revolucionário das técnicas de criptografia padrão.

Até agora, os físicos desenvolveram uma forma de criptografia segura, conhecida como distribuição de chave quântica, na qual partículas de luz, chamadas fótons, são transmitidas. O processo permite que duas partes compartilhem, sem risco de interceptação, uma chave secreta usada para criptografar e descriptografar informações. Mas, até o momento, essa técnica só foi eficaz entre dois usuários.

“Até agora, os esforços para expandir a rede envolveram uma vasta infraestrutura e um sistema que requer a criação de outro transmissor e receptor para cada usuário adicional. Compartilhar mensagens dessa maneira, conhecidas como nós confiáveis, simplesmente não é bom o suficiente porque usa muito hardware extra que poderia vazar e não seria mais totalmente seguro ”, disse o Dr. Joshi.

Como funciona a rede de comunicação quântica multiusuário

A técnica quântica da equipe aplica um princípio aparentemente mágico, chamado entrelaçamento, que Albert Einstein descreveu como “ação fantasmagórica à distância”. Ele explora o poder de duas partículas diferentes colocadas em locais separados, potencialmente a milhares de quilômetros de distância, para se imitarem simultaneamente. Este processo apresenta oportunidades muito maiores para computadores quânticos, sensores e processamento de informações.

“Em vez de ter que replicar todo o sistema de comunicação, esta metodologia mais recente, chamada de multiplexação, divide as partículas de luz, emitidas por um único sistema, para que possam ser recebidas por vários usuários de forma eficiente”, disse o Dr. Joshi.

A equipe criou uma rede para oito usuários utilizando apenas oito caixas receptoras, sendo que o primeiro método exigiria que o número de usuários fosse multiplicado várias vezes – neste caso, chegaria a 56 caixas. À medida que o número de usuários aumenta, a logística se torna cada vez mais inviável – por exemplo, 100 usuários levariam 9.900 caixas receptoras.

Para demonstrar sua funcionalidade à distância, as caixas receptoras foram conectadas a fibras ópticas por meio de diferentes locais em Bristol e a capacidade de transmitir mensagens por comunicação quântica foi testada usando a rede de fibra óptica existente na cidade.

“Além de ser totalmente segura, a beleza desta nova técnica é sua agilidade simplificada, que requer um mínimo de hardware porque se integra à tecnologia existente”, disse o Dr. Joshi.

O sistema único da equipe também oferece gerenciamento de tráfego, proporcionando melhor controle da rede que permite, por exemplo, a priorização de determinados usuários com uma conexão mais rápida.

Economizando tempo e dinheiro

Enquanto os sistemas quânticos anteriores levaram anos para serem construídos, a um custo de milhões ou até bilhões de libras, essa rede foi criada em poucos meses por menos de £ 300.000. As vantagens financeiras crescem à medida que a rede se expande, portanto, embora 100 usuários em sistemas quânticos anteriores possam custar cerca de £ 5 bilhões, o Dr. Joshi acredita que a tecnologia de multiplexação pode reduzir esse valor para cerca de £ 4,5 milhões, menos de 1 por cento.

Nos últimos anos, a criptografia quântica foi usada com sucesso para proteger transações entre centros bancários na China e garantir votos em eleições suíças. No entanto, sua aplicação mais ampla foi retida pela escala de recursos e custos envolvidos.

“Com essas economias de escala, a perspectiva de uma internet quântica para uso universal é muito menos rebuscada. Provamos o conceito e refinando ainda mais nossos métodos de multiplexação para otimizar e compartilhar recursos na rede, poderíamos estar procurando servir não apenas centenas ou milhares, mas potencialmente milhões de usuários em um futuro não muito distante ”, disse o Dr. Joshi.

“As ramificações da pandemia COVID-19 não só mostraram a importância e o potencial da Internet, e nossa crescente dependência dela, mas também como sua segurança absoluta é fundamental. O emaranhamento de multiplexação pode ser a chave vital para tornar essa segurança uma realidade muito necessária. ”

As instituições colaboradoras da Universidade de Bristol são a Universidade de Leeds, o Instituto Ruder Boskovic (RBI) da Croácia em Zagreb, o Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Áustria (IQOQI), em Viena, e a Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa (NUDT) da China em Changsha.

Fonte: https://www.helpnetsecurity.com/2020/09/07/multi-user-quantum-communication