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Sistema de distribuição de chaves quânticas baseado em fotônica integrada estabelece bases para implementação de rede

ÓPTICO

imagem: Pesquisadores desenvolveram um sistema de distribuição de chave quântica (QKD) baseado em fotônica de silício que pode transmitir chaves seguras em velocidades sem precedentes. O transmissor QKD (foto) combina um circuito integrado fotônico e elétrico com um laser de diodo externo.Veja mais

Crédito: Rebecka Sax, Universidade de Genebra

WASHINGTON - Pesquisadores desenvolveram um sistema de distribuição de chaves quânticas (QKD) baseado em fotônica integrada que pode transmitir chaves seguras em velocidades sem precedentes. Os experimentos de prova de princípio representam um passo importante para a aplicação no mundo real desse método de comunicação altamente seguro.

QKD é um método bem estabelecido de fornecer chaves secretas para comunicação segura entre partes distantes. Ao usar as propriedades quânticas da luz para gerar chaves aleatórias seguras para criptografar e descriptografar dados, sua segurança é baseada nas leis da física, em vez da complexidade computacional como os protocolos de comunicação atuais.

"Um dos principais objetivos da tecnologia QKD é a capacidade de simplesmente integrá-la a uma rede de comunicações do mundo real", disse Rebecka Sax, membro da equipe de pesquisa da Universidade de Genebra, na Suíça. "Um passo importante e necessário em direção a esse objetivo é o uso de fotônica integrada, que permite que sistemas ópticos sejam fabricados usando a mesma tecnologia de semicondutor usada para fabricar chips de computador de silício."

Na revista Photonics Research do Optica Publishing Group, pesquisadores liderados por Hugo Zbinden, da Universidade de Genebra, descrevem seu novo sistema QKD, no qual todos os componentes são integrados em chips, exceto o laser e os detectores. Isso traz muitas vantagens, como compacidade, baixo custo e facilidade de produção em massa.

"Embora o QKD possa fornecer segurança para aplicativos sensíveis, como bancos, saúde e defesa, ainda não é uma tecnologia amplamente difundida", disse Sax. "Este trabalho justifica o amadurecimento da tecnologia e ajuda a resolver os tecnicismos de implementá-la via circuitos ópticos integrados, o que permitiria a integração em redes e em outras aplicações."

Construindo um sistema baseado em chip mais rápido

Em trabalhos anteriores, os pesquisadores desenvolveram um protocolo QKD de intervalo de tempo de três estados que foi executado com componentes baseados em fibra padrão para alcançar a transmissão QKD em altas velocidades recordes.

"Nosso objetivo neste novo trabalho foi implementar o mesmo protocolo usando fotônica integrada", disse Sax. "A compactação, robustez e facilidade de manipulação de um sistema fotônico integrado - com menos componentes para verificar ao implementar ou solucionar problemas em uma rede - melhora a posição do QKD como uma tecnologia para comunicação segura."

Os sistemas QKD usam um transmissor para enviar os fótons codificados e um receptor para detectá-los. No novo trabalho, os pesquisadores da Universidade de Genebra colaboraram com a empresa fotônica de silício Sicoya GmbH em Berlim, Alemanha, e a empresa de cibersegurança quântica ID Quantique em Genebra para desenvolver um transmissor fotônico de silício que combina um circuito fotônico integrado com um laser de diodo externo.

O receptor QKD era feito de sílica e consistia em um circuito integrado fotônico e dois detectores externos de fóton único. O grupo de Roberto Osellame no Instituto CNR de Fotônica e Nanotecnologia em Milão, Itália, usou a microusinagem a laser de femtosegundo para fabricar o receptor.

"Para o transmissor, o uso de um laser externo com um circuito integrado fotônico e eletrônico tornou possível produzir e codificar fótons com precisão a uma velocidade recorde de até 2,5 GHz", disse Sax. "Para o receptor, um circuito integrado fotônico independente de baixa perda e polarização e um conjunto de detectores externos permitiram a detecção passiva e simples dos fótons transmitidos. A conexão desses dois componentes com uma fibra monomodo padrão permitiu a produção de chaves secretas em alta velocidade ."