E se fosse possível comunicar à escala global com níveis de segurança praticamente impossíveis de comprometer? A resposta pode estar nas comunicações quânticas. O INESC TEC está a estudar, otimizar e validar soluções que permitam assegurar uma transmissão fiável, estável e segura a 1550 nanómetros (nm) em condições reais ou próximas das reais.
Comecemos pelo início. A comunicação ótica (informação transmitida através da luz) é já amplamente usada nas redes de telecomunicações. Neste caso, em vez de passar por um cabo de fibra ótica, o feixe laser atravessa diretamente a atmosfera a 1550 nm (ou seja, invisível para o ser humano). Isto significa que pode criar ligações entre edifícios e até entre estações terrestres e satélites sem cabos. A comunicação quântica acrescenta a componente de codificação, permitindo transmitir informação através de estados quânticos da luz, abrindo caminho a novas formas de comunicação altamente seguras.
Problema? A atmosfera não é perfeita e há um conjunto de fatores que pode degradar o sinal. E é precisamente aqui que os investigadores do INESC TEC, Orlando Frazão, Susana Silva e Henrique Salgado, entram, colocando a sua experiência no desenvolvimento e validação de um sistema de receção do sinal quântico.
“Este projeto procura responder aos desafios associados à transmissão quântica em espaço livre, sobretudo quando esta ocorre através da atmosfera, onde fenómenos como turbulência, atenuação, desalinhamento do feixe, variações ambientais e ruído de fundo podem comprometer a qualidade e a estabilidade do sinal ótico e quântico. Neste contexto, o trabalho pretende estudar, otimizar e validar soluções que permitam assegurar uma transmissão fiável, estável e segura a 1550 nm em espaço livre, bem como a capacidade de receção de sinal quântico”, adianta Orlando Frazão.
Soluções que podem ser essenciais na proteção de infraestruturas críticas, redes governamentais e sistemas de telecomunicações do futuro e suportar comunicações quânticas seguras entre estações terrestres e satélites.
“Esta investigação poderá ter um papel estruturante no desenvolvimento da Estação Ótica Terrestre Portuguesa, ao fornecer conhecimento experimental e tecnológico essencial para comunicações óticas e quânticas em espaço livre. A validação de uma ligação atmosférica a 1550 nm representa um passo importante para preparar futuras comunicações terra-terra, terra-satélite e satélite-terra, incluindo cenários em que comunicações óticas clássicas e quânticas possam ser integradas na mesma infraestrutura”, refere Susana Silva.
O futuro das telecomunicações começa num fotão
Vamos agora falar da tecnologia que está na base deste sistema: o protocolo BB84, que permite distribuir chaves de encriptação através de partículas de luz (fotões), codificando a informação em diferentes estados de polarização. A grande vantagem é que qualquer tentativa de intercetar a comunicação altera inevitavelmente esses estados, permitindo detetar a presença de intrusos e garantir níveis de segurança impossíveis de alcançar com métodos convencionais. Numa fase posterior, os investigadores irão explorar abordagens mais avançadas, como os sistemas decoy-state, que permitem melhorar o desempenho e a robustez das comunicações quânticas em cenários reais.
“Em vez de depender exclusivamente de fontes ideais de fotão único, esta técnica utiliza impulsos óticos fracos com diferentes níveis de intensidade, permitindo melhorar a segurança e o desempenho da distribuição quântica de chaves em condições reais. Com esta estratégia será possível avaliar melhor o impacto de perdas, ruído e possíveis vulnerabilidades do canal, contribuindo para uma transmissão quântica mais robusta em ligações atmosféricas”, explica Henrique salgado.
Espera-se que, nos próximos anos, os investigadores continuem a trabalhar na otimização da ligação atmosférica, s estudar o comportamento do canal de transmissão em diferentes condições atmosféricas e a testar novos protocolos de comunicação quântica. Estão igualmente previstos ensaios em distâncias superiores, preparando futuros cenários compatíveis com ligações a satélites e outras plataformas espaciais.
“Os resultados poderão contribuir para o desenvolvimento de sistemas globais de comunicação altamente seguros, através da distribuição quântica de chaves, proteção de infraestruturas críticas, comunicações governamentais e militares seguras, redes quânticas metropolitanas e ligações óticas entre estações terrestres e satélites. Estes avanços poderão ainda reforçar a capacidade científica e tecnológica nacional nas áreas da fotónica, espaço e tecnologias quânticas”, conclui Orlando Frazão.
Os principais beneficiários serão a comunidade científica e tecnológica nas áreas da fotónica, comunicações óticas e tecnologias quânticas. O projeto poderá contribuir ainda para a integração de Portugal em infraestruturas nacionais e internacionais de comunicação quântica, apoiando o desenvolvimento de uma futura rede quântica portuguesa e a sua articulação com iniciativas europeias dedicadas a comunicações seguras.
Isto é a investigação a acontecer…à velocidade da luz!
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