O que é criptografia quântica?

Criptografia quântica refere-se a sistemas criptográficos que dependem de efeitos e propriedades da mecânica quântica para executar tarefas criptográficas. Isso contrasta com a criptografia clássica usada em computadores modernos. Um requisito fundamental da criptografia quântica é o uso de um computador quântico; não pode ser executado usando um computador padrão.

QKD

O campo principal na criptografia quântica é QKD. QKD significa Quantum Key Distribution. Em vez de usar um processo de criptografia totalmente quântica, o QKD usa efeitos quânticos para distribuir uma chave de criptografia clássica com segurança. Isso significa que apenas um sistema de comunicação quântica seguro comprovado precisa ser desenvolvido, em vez de algoritmos quânticos muito mais complexos. Também reduz os requisitos físicos; tecnicamente, apenas uma placa de rede quântica seria necessária em um computador normal, em vez de um computador quântico inteiro.

A mecânica quântica presta-se razoavelmente ao desenvolvimento de sistemas de comunicação quântica seguros. Existem maneiras de se comunicar com canais de comunicação quântica que um terceiro não autorizado não pode monitorar sem que a intrusão seja detectável.

A segurança de um canal de comunicação quântica também pode ser reduzida a alguns requisitos mínimos. Uma dessas condições é que as duas partes legítimas tenham alguma forma de autenticação uma com a outra. Outro requisito é simplesmente que as leis da mecânica quântica se apliquem.

O principal problema do QKD vem da dificuldade de transmitir informações quânticas em distâncias significativas. A pesquisa atual permite taxas de concordância de chave adequadas em fibras ópticas de até 550 km. Além dessa distância, são necessários repetidores quânticos para garantir que o sinal não seja perdido no ruído. Além disso, o roteamento de comunicações quânticas em uma Internet quântica seria um desafio. Os sistemas de teste atuais tendem a ser ponto a ponto.

Outros Campos de Pesquisa

Os efeitos quânticos podem ser utilizados no campo da computação quântica duvidosa. Aqui, duas partes podem cooperar sem confiar uma na outra. O sistema quântico pode ser projetado para que ambas as partes possam provar que a outra estava trapaceando. Esses métodos, no entanto, também dependem de efeitos não quânticos, como a relatividade restrita.

A pesquisa está em andamento em outros campos, como exigir que um destinatário esteja em um local físico específico, mesmo se dois adversários conspirarem. Outros esquemas tentam forçar até mesmo destinatários ativamente desonestos a serem honestos implementando requisitos de sistema esmagadores para a capacidade de serem fraudulentos. Muito desse tipo de trabalho mostrou fraquezas nas implementações quânticas atuais, mas deixou a porta aberta para pesquisas futuras em um campo muito jovem.

A comunicação quântica requer várias coisas para ser verdadeiramente segura. Em primeiro lugar, as transmissões ópticas precisam ser capazes de enviar fótons individuais. Os sistemas atuais tendem a usar lasers que enviam múltiplos fótons. Teoricamente, um adversário poderia interceptar um dos muitos fótons sem deixar rastros. No entanto, há pesquisas promissoras no desenvolvimento de fontes de fótons individuais.

Em segundo lugar, os detectores de fótons sofrem com diferenças baseadas em tolerância de fabricação, que abrem uma janela para que um bisbilhoteiro se injete no fluxo de comunicação sem ser detectado. Esse problema é impossível de resolver totalmente sem tolerâncias infinitamente rígidas, um requisito inviável.

Conclusão

Criptografia quântica refere-se à criptografia que faz uso de efeitos mecânicos quânticos. O campo primário atual é a distribuição de chaves quânticas, que usa métodos de comunicação quântica para transmitir chaves de criptografia clássicas. A criptografia quântica não deve ser confundida com a criptografia pós-quântica.