A Distribuição Quântica de Chaves (QKD) é um método avançado de segurança de comunicação que usa as leis da mecânica quântica. Isso permite que duas partes criem uma chave secreta compartilhada, mesmo que alguém esteja monitorando secretamente a conexão. O poder do QKD reside na própria física. Qualquer tentativa de interceptar os sinais quânticos interfere neles, criando erros detectáveis que alertam os usuários sobre possíveis espionagens.
Devido a esse recurso de detecção integrado, o QKD é considerado uma das tecnologias de comunicação mais seguras em desenvolvimento.
Como a especificação incorreta afeta o desempenho do QKD
Um dos fatores mais importantes que afetam o funcionamento do QKD é o erro de apontamento, que ocorre quando o transmissor e o receptor não estão perfeitamente alinhados. Mesmo um ligeiro deslocamento pode interferir na troca de sinais quânticos. Isso pode ocorrer por diversos motivos, incluindo vibração mecânica, turbulência atmosférica e/ou deficiências nos sistemas de alinhamento.
Embora o erro de apontamento desempenhe um papel importante na confiabilidade do sistema, ele não foi completamente estudado em sistemas ópticos sem fio QKD (OWC).
Uma nova estrutura analítica para deslocamento de feixe
Para entender melhor esse problema, pesquisadores publicaram um estudo em Jornal IEEE de Eletrônica Quântica que apresenta um modelo analítico detalhado para medir como o erro de apontamento afeta o desempenho de um sistema QKD OWC.
“Ao combinar modelos estatísticos de incompatibilidade de feixe com a teoria quântica de detecção de fótons, obtivemos expressões analíticas para indicadores-chave de desempenho de sistemas QKD, esclarecendo o papel exato de apontar erros na degradação da geração de chaves seguras”, explica o professor Yalcin Ata da Universidade Técnica OSTIM, Turquia.
A equipe se concentrou no protocolo BB84 QKD amplamente utilizado. Para modelar de forma mais realista o deslocamento do feixe, eles aplicaram as distribuições Rayleigh e Hoyt. Essas ferramentas estatísticas capturam com mais precisão as variações horizontais e verticais do feixe do que as abordagens simplistas usadas em estudos anteriores, permitindo uma compreensão mais precisa de como os erros de apontamento aleatório se comportam.
Medição da taxa de erros e geração segura de chaves
Usando esses modelos estatísticos aprimorados, os pesquisadores obtiveram expressões analíticas para erros e peneirando probabilidades sob erro de apontamento, uma inovação na área. A partir daí, eles calcularam a Taxa Quântica de Erros de Bits (QBER), que representa a porcentagem de bits corrompidos causados por ruído do sistema, condições ambientais, imperfeições de hardware ou escutas clandestinas. Porque reflecte a fiabilidade global do sistema, o QBER é um indicador chave de desempenho.
Eles então usaram o QBER para determinar a Taxa de Chave Secreta (SKR), que mede a rapidez com que chaves públicas seguras podem ser geradas. A análise considerou tanto o deslocamento simétrico da viga quanto as condições assimétricas onde as deflexões horizontais e verticais diferem.
O que os resultados mostram sobre a Segurança Quântica
Os dados obtidos mostram que à medida que a circunferência do feixe aumenta, o erro de apontamento aumenta, resultando em maior QBER e menor SKR. Em outras palavras, o desempenho diminui à medida que o viés se torna mais pronunciado. Ampliar a abertura do receptor pode melhorar os resultados, mas apenas até um certo limite.
Curiosamente, o deslocamento assimétrico do feixe demonstrou ser útil em alguns casos, proporcionando melhor desempenho do que erros perfeitamente balanceados. Os pesquisadores também determinaram que a geração de um SKR diferente de zero, importante para uma comunicação segura, requer um aumento no número médio de fótons transmitidos.
“Nossas descobertas, baseadas na estrutura de Rayleigh e Hoyt, são consistentes com os modelos generalizados existentes, ao mesmo tempo que oferecem uma nova clareza analítica sobre o papel da assimetria na indicação de erros”, conclui o professor Ata.
