Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tsinghua, na China, quebrou o recorde de distância para comunicação direta com segurança quântica (QSDC), ao enviar informações usando seu protocolo a 102,2 km. 

Configuração do experimento. Laser: 1550 nm com frequência de repetição de pulso de 50 MHz; Conjunto de porta programável de campo FPGA, atenuante ATT, controlador de polarização de PC, polarizador em linha ILP, Circulador óptico CIR, divisor de feixe de polarização PBS, acolinhador de filtro FC 90:10, polarização PMFC mantendo acotratário do filtro, modulador de fase PM, modulador de intensidade IM com proporção de extinção de 45,1 dB, isolador ISO, rotor FARaday DE 90 graus, detector de nanofios de nanofiação de 85% com mais de 85% de eficiência de detecção, Taxa de contagem escura de 50 Hz e tempo de reset de 15 ns. O interferômetro assimétrico Mach-Zehnder consiste em dois PMFC, e o comprimento de atraso é de cerca de 2 m. Crédito: Zhang, H., Sun, Z., Qi, R. et al. Realization of quantum secure direct communication over 100 km fiber with time-bin and phase quantum states. Light Sci Appl 11, 83 (2022)

Em um artigo publicado na revista Light: Science and Applications, o grupo descreve como eles criaram um novo protocolo QSDC e fizeram uso dele para enviar sinais seguros sobre um cabo de fibra para estender a distância a que tais mensagens poderiam ser enviadas.

O QSDC aproveita o emaranhamento como um meio de garantir a transmissão de rede através de linhas de dados seguras. Como essas partículas estão ligadas de uma forma que não pode ser alterada, os protocolos que as utilizam não podem ser hackeados sem serem detectados por sistemas na extremidade de recebimento de tais mensagens. 

À medida que a pesquisa tem progredido para permitir o uso do QSDC em aplicações do mundo real, o objetivo tem sido reduzir erros, aumentar as taxas de transmissão e, acima de tudo, ampliar a distância que as mensagens usando o protocolo podem ser enviadas. Antes desse novo esforço, o recorde era de 18 km.

Para estender essa distância, os pesquisadores elaboraram um novo protocolo QSDC, que envolve o uso de estados fotônicos de time-bin para monitorar sinais e estados de fase para as mensagens de comunicação reais. 

Os pesquisadores sugerem que adicionar tais características ao protocolo QSDC protege contra erros de fase e polarização. Além disso, não conta com feedback nem correspondência precisa de pares de interferômetros. 

Eles também apontam que isso também torna esses sistemas mais confiáveis, o que, por sua vez, leva a uma taxa de erro mais baixa. E a redução da taxa de erro permite estender a distância das mensagens enviadas usando o protocolo.

Os cientistas reconhecem que a taxa de transmissão é lenta, a apenas 0,54 bps, o que é mais devagar até mesmo do que os sistemas que usam a computação clássica. No entanto, eles notam que ainda é rápido o suficiente para permitir o envio de mensagens criptografadas ou até mesmo telefonemas. 

Segundo eles, seu trabalho mostra que é possível criar redes baseadas em QSDC intermunicipais usando a tecnologia atual. E ainda sugerem que certas áreas da Internet agora em vigor poderiam ser substituídas por peças baseadas no protocolo QSDC que desenvolveram para permitir comunicações resistentes a hackers.