Resumo: A Distribuição Quântica de Chaves (QKD, do inglês Quantum Key Distribution) é uma das
aplicações mais relevantes da teoria da informação quântica, especialmente no contexto dos
computadores quânticos, que podem, no futuro, comprometer os esquemas de criptografia
utilizados no dia a dia. A QKD utiliza os princípios fundamentais da mecânica quântica
para permitir que duas ou mais partes compartilhem uma sequência de bits, denominada
chave, que é secreta e segura—ou seja, as partes podem verificar que apenas elas conhecem
o valor dessa chave. Esse campo tem despertado o interesse de prestigiadas instituições de
pesquisa ao redor do mundo e amadureceu a ponto de permitir aplicações em um futuro
próximo, utilizando configurações de baixo custo relativo.
O objetivo desta dissertação é introduzir o leitor ao funcionamento da QKD, explicando
por que e quando ela pode ser considerada segura, além de abordar os principais protocolos
de QKD que impactaram a área. Por fim, apresentamos a primeira tentativa do Brasil de
implementar uma rede quântica em escala metropolitana, denominada Rede Rio Quântica.
A Rede Rio Quântica é uma rede multiusuário que interliga diversas instituições de pesquisa
na cidade do Rio de Janeiro. O protocolo analisado é uma variante do protocolo Twin Field
QKD (TF-QKD), classificado como Measurement Device Independent QKD (MDI-QKD),
o que elimina a necessidade de suposições de segurança sobre os dispositivos de medição.
Em vez de Alice e Bob possuírem fontes de fótons em seus laboratórios, eles realizam
modulações de fase e amplitude em um sinal enviado pelo nó central, Charlie, para executar
o protocolo. Devido à topologia em anel da rede, essa implementação funciona como um
protocolo Twin Field QKD baseado em Interferômetro de Sagnac. Demonstraremos como
a comunicação é estabelecida entre as partes, os detalhes da geração de chaves seguras e
uma análise de segurança com a expressão da taxa de chave secreta para essa variante do
protocolo. |
