Estados GHZ e outros protocolos de entrelaçamento prometem maior segurança baseada em princípios físicos devido à alteração inevitável dos estados quânticos.
Computadores quânticos são potencialmente mais capazes de decifrar códigos criptográficos em segundos que computadores de algoritmos matemáticos | Foto: IBM
O método de criptografia funciona como um código secreto para proteger dados contra invasores, transformando textos em uma linguagem indecifrável que requer uma chave específica para desbloqueio. Atualmente, a criptografia tradicional depende de algoritmos matemáticos. No entanto, pesquisadores da Universidade Politécnica de Milão estão explorando sistemas quânticos, que prometem maior segurança baseada em princípios físicos devido à alteração inevitável dos estados quânticos.
Computadores quânticos são potencialmente mais capazes de decifrar códigos criptográficos robustos em segundos, o que é inviável para computadores convencionais baseados em algoritmos matemáticos.
O emaranhamento quântico é uma das bases essenciais para o funcionamento de um computador quântico, sendo fundamental para tecnologias quânticas avançadas, especialmente em comunicações e computação quântica, devido às suas propriedades únicas de correlação e interconexão entre partículas. Este contraste não apenas destaca a revolucionária rapidez dos computadores quânticos, mas também os novos desafios e oportunidades que apresentam no campo da segurança da informação e criptografia.
"Isso destaca a urgência de desenvolver e implementar protocolos de segurança quântica imunes a tais capacidades", diz o pesquisador Paulo Henrique Dias Ferreira, do Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).
Paulo Henrique trabalhou com o professor Roberto Osellame durante seu pós-doutorado na Itália, contribuindo significativamente para a criação e análise de estados entrelaçados GHZ (Greenberg-Horne-Zeilinger) envolvendo quatro fótons, utilizando um chip fotônico. A pesquisa foi publicada no periódico Quantum Information do grupo Nature.
Estados de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) são fenômenos quânticos onde pelo menos três subsistemas estão intensamente ligados entre si. Em experimentos recentes, foram desenvolvidos circuitos em chips de vidro usando lasers ultrarrápidos, chamados femtossegundos, para manipular fótons de forma precisa por meio de ondas tridimensionais. Os estados GHZ oferecem potencial para implementar sistemas de compartilhamento secreto quântico, onde tentativas de acesso não autorizado alteram correlações quânticas, permitindo detecção imediata de invasores.
"A escolha da matriz vítrea para produção foi motivada pela facilidade de prototipagem e pela capacidade de produzir guias tridimensionais com um único estágio de fabricação, ao contrário dos processos tradicionais de litografia ou feixe de elétrons. A reconfigurabilidade dos circuitos, obtida por meio de deslocadores térmicos, permite ajustes finos nas fases ópticas dos fótons, essenciais para a formação da superposição desejada", informa Ferreira.
Ferreira compara o funcionamento do dispositivo: "Imagine que você tenha quatro moedas. No estado normal, cada moeda pode estar independentemente na posição de cara ou coroa quando jogadas aleatoriamente. No estado entrelaçado GHZ, porém, os quatro fótons ficam conectados de maneira especial: todas as moedas estarão, quando observadas, em cara ou em coroa, nunca em uma combinação mista. Esse estado pode ser descrito matematicamente como uma superposição quântica onde cada fóton está emaranhado com os outros três, sem análogo clássico. A ligação é tão forte que, ao verificar um fóton, você sabe instantaneamente o estado dos outros três, não importando a distância entre eles."
Os estados entrelaçados GHZ oferecem avanços significativos em segurança e comunicação quântica, permitindo a implementação de sistemas de compartilhamento secreto onde qualquer tentativa de acesso não autorizado perturba as correlações quânticas, possibilitando a detecção imediata de intrusos. Essa tecnologia fortalece não apenas a segurança das comunicações, mas também proporciona um mecanismo robusto para proteger dados sensíveis em transações comerciais, garantindo uma nova era de eficiência e confiança em um mundo cada vez mais digital e interconectado.
"Sistemas quânticos, utilizando estados GHZ e outros protocolos de entrelaçamento, oferecem uma solução que não pode ser quebrada nem mesmo pelos computadores quânticos mais avançados. Isso ocorre porque qualquer tentativa de interferência em um canal quântico altera os estados das partículas envolvidas, permitindo a detecção imediata de qualquer intruso", destaca Ferreira.
O experimento demonstrou que é possível criar estados GHZ precisos em chips fotônicos, permitindo avanços na produção de dispositivos quânticos em grande escala."Com avanços contínuos, podemos esperar a integração desses sistemas em infraestruturas de comunicação e computação, proporcionando uma nova era de segurança e eficiência", conclui Ferreira. Fonte: Fapesp