A Distribuição Quântica de Chaves (QKD) é um método de ponta para proteger comunicações usando as leis da mecânica quântica. Ele permite que duas partes criem um segredo compartilhado, mesmo que alguém esteja monitorando secretamente a conexão. A beleza do QKD está na própria física. Qualquer tentativa de interceptar sinais quânticos irá interferir neles, produzindo erros detectáveis que alertam o usuário sobre possíveis espionagens.
Devido a esta capacidade de detecção integrada, o QKD é considerado uma das tecnologias de comunicação mais seguras em desenvolvimento.
Como os erros de apontamento afetam o desempenho do QKD
Um fator chave para o bom funcionamento do QKD é o erro de apontamento, que ocorre quando o transmissor e o receptor não estão perfeitamente alinhados. Mesmo pequenos desalinhamentos podem interromper a troca de sinais quânticos. Isso pode ocorrer por vários motivos, incluindo vibração mecânica, turbulência atmosférica e/ou defeitos no sistema de alinhamento.
Embora o erro de apontamento desempenhe um papel importante na confiabilidade do sistema, ele não foi completamente estudado em sistemas de comunicação óptica sem fio (OWC) QKD.
Uma nova estrutura analítica para desalinhamento de vigas
Para entender melhor essa questão, pesquisadores publicaram um estudo Revista IEEE de Eletrônica Quântica Um modelo analítico detalhado é introduzido para medir como os erros de apontamento afetam o desempenho do sistema QKD OWC.
O professor Yalçın Ata, da Universidade Técnica OSTIM da Turquia, explicou: “Ao combinar um modelo estatístico de desalinhamento de feixe com a teoria quântica de detecção de fótons, derivamos expressões analíticas para indicadores-chave de desempenho de sistemas QKD, esclarecendo o papel exato de apontar erros na redução da geração segura de chaves.”
A equipe se concentra no protocolo BB84 QKD amplamente utilizado. Para simular o desalinhamento do feixe de forma mais realista, eles aplicaram distribuições Rayleigh e Hoyt. Essas ferramentas estatísticas representam variações horizontais e verticais do feixe com mais precisão do que os métodos simplificados usados em estudos anteriores, proporcionando uma compreensão mais clara de como os erros de apontamento aleatório se comportam.
Medindo taxas de erro e geração segura de chaves
Usando esses modelos estatísticos aprimorados, os pesquisadores derivaram expressões analíticas para erro e probabilidade de triagem sob erro de apontamento, uma inovação na área. Com base nisso, eles calcularam a taxa de erro qubit (QBER), que reflete a porcentagem de bits corrompidos causados por ruído do sistema, condições ambientais, defeitos de hardware ou tentativas de espionagem. Como o QBER reflete a confiabilidade de todo o sistema, é um indicador chave de desempenho.
Eles então usaram o QBER para determinar a taxa de chave (SKR), que mede a rapidez com que uma chave compartilhada segura é gerada. Esta análise considera o desalinhamento simétrico do feixe e condições assimétricas, onde os desvios horizontais e verticais são diferentes.
O que os resultados revelam sobre a segurança quântica
Os resultados mostram que à medida que a cintura do feixe aumenta, o erro de apontamento também aumenta, resultando em maior QBER e menor SKR. Em outras palavras, à medida que a dissonância se torna mais pronunciada, a eficácia diminui. Aumentar a abertura do receptor pode melhorar os resultados, mas apenas até certo ponto.
Curiosamente, o desalinhamento assimétrico do feixe provou ser benéfico em alguns casos, proporcionando melhor desempenho do que erros perfeitamente equilibrados. Os pesquisadores também determinaram que a geração do SKR diferente de zero, que é crítico para comunicações seguras, requer o aumento do número médio de fótons transmitidos.
“Nossos resultados, baseados na estrutura de Rayleigh e Hoyt, são consistentes com os modelos generalizados existentes, ao mesmo tempo que fornecem nova clareza analítica sobre o papel da assimetria na indicação de erros”, conclui o professor Atta.
