Uma equipa da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia desenvolveu e testou com sucesso um sistema inovador para a distribuição de chaves quânticas (QKD) em infraestruturas urbanas. Esta tecnologia, que emprega fótons individuais para estabelecer chaves de encriptação robustas, utiliza codificação de alta dimensão inspirada no efeito Talbot temporal, um fenómeno ótico clássico descoberto em 1836. A abordagem promete uma construção mais simplificada e escalável para sistemas QKD em comparação com tecnologias existentes.
O Dr. Michał Karpiński, chefe do Laboratório de Fotónica Quântica da Universidade de Varsóvia, explicou que a investigação se concentra na distribuição de chaves quânticas, utilizando fótons únicos para criar uma chave criptográfica segura. Enquanto a QKD tradicional usa qubits, a equipa explora estados quânticos mais complexos, como superposições de tempo-bin de fótons, que podem representar múltiplos valores. A inspiração no efeito Talbot, onde a luz que atravessa uma rede de difração reaparece a intervalos regulares, permite a aplicação deste fenómeno a fótons únicos para novas formas de processamento de estados quânticos.
A equipa de investigação concebeu um sistema experimental de QKD de quatro dimensões com componentes comerciais. Uma inovação chave é a capacidade de detetar superposições de múltiplos pulsos com um único detetor de fótons, reduzindo a complexidade e o custo do sistema. Este novo método também elimina a necessidade de calibração demorada do recetor, comum em métodos tradicionais que empregam múltiplos interferómetros. O método da UW apresenta alta eficiência, com todos os eventos de deteção de fótons sendo úteis, apesar de taxas de erro de medição relativamente altas, que, segundo os investigadores, não impedem a QKD, o que foi confirmado em colaboração com teóricos da criptografia quântica.
Uma vantagem significativa deste novo método é a capacidade de detetar superposições de 2D e 4D sem alterações de hardware ou estabilização do recetor. A segurança do sistema foi testada em fibras óticas de laboratório e na infraestrutura da Universidade de Varsóvia ao longo de vários quilómetros. Os investigadores demonstraram com sucesso a QKD com codificação de dois e quatro dimensões, confirmando a maior eficiência de informação da codificação de alta dimensão. A segurança teórica da QKD é uma grande vantagem, mas a equipa, em colaboração com grupos de investigação italianos e alemães e teóricos da criptografia quântica, abordou uma vulnerabilidade identificada na descrição padrão de muitos protocolos QKD, através de uma modificação no recetor para recolher mais dados e aumentar a segurança do protocolo. A prova de segurança do novo protocolo foi publicada na Physical Review Applied.
Este avanço representa um passo significativo em direção à implementação prática da criptografia quântica, com potencial para reforçar a segurança da transmissão de dados em ambientes urbanos. Embora a implementação enfrente desafios como a necessidade de infraestruturas especializadas e a complexidade de integração com sistemas existentes, os avanços em componentes fotónicos integrados prometem simplificar e reduzir custos. A investigação contínua neste campo é crucial para desenvolver soluções de segurança robustas contra as ameaças cibernéticas em evolução.