A tecnologia de detecção quântica aumenta a privacidade e a precisão dos dados

Sensoriamento remoto– uma categoria ampla o suficiente para incluir os dois monitores médicos pessoais e Previsão do tempo espacial– está pronto para uma atualização quântica, muito parecida computação e criptografia antes disso. Um novo tipo de sensor quântico Isso promete maior sensibilidade e maior segurança foi proposto e testado em forma de prova de conceito. O que resta a ser visto é a ampliação de clima espacial tecnologia.

“Nosso esquema é hibridizar duas tecnologias quânticas diferentes”, diz Jacob Dunninghamprofessor de física no Universidade de Sussex no Reino Unido. “Está combinando Comunicações Quânticas com Sensor quântico. Portanto, é uma maneira de ser capaz de medir algo e recuperar os dados de uma maneira que nenhum espionagem pode invadir ou falsificar. ”

Dunningham e estudante de doutorado Sean Moore– agora um pós -doutorado no LIP6 Laboratório de Ciência da Computação em Paris – propôs o que eles estão chamando de seus Sensing Remoto Quantum seguro (SQRS) sistema em 14 de janeiro na revista Revisão física a.

O modelo SQRS mais simples dos pesquisadores usa fótons individuais como o qubit de cavalo de trabalho do sistema, embora diferentemente qubits usado em, digamos, computação quânticanenhum dos qubits aqui precisa ser enredado. Seu modelo SQRS também assume algumas comunicações clássicas em um canal aberto, entre o remetente e o destinatário dos qubits. E com esses ingredientes, sugerem os pesquisadores, um poderia realizar Medições remotas de alta precisão cujos resultados não estão disponíveis para a pessoa que faz a medição actual nem para qualquer cotonete em potencial que possa invadir os canais de comunicação.

Alice e Bob e SQRs

Diga que Alice deseja que uma medição tenha realizado remotamente. Para fazer essa medição by way of SQRS, ela precisaria enviar fótons individuais para Bob, que está localizado onde Alice deseja que a medição seja realizada. Bob então executa a medição, codificando seus resultados na fase dos fótons únicos que Alice enviou como parte do processo. Bob então envia mensagens que sua medição codificada resulta em Alice através do canal de comunicação clássica. Como o método garante que Bob não saiba os estados originais dos fótons que Alice enviou, ele não pode extrair nenhuma informação significativa dos dados de fase que ele envia de volta para Alice. Ele pode ter realizado a medição, mas não tem acesso ao resultado da medição. Apenas Alice tem isso.

Além disso, qualquer espionagem, Eva, poderia interceptar os fótons individuais de Alice e as mensagens clássicas de Bob de volta a Alice, e ela também não seria capaz de anular o significado dele. Isso ocorre porque, em parte, a medição de Bob também introduz a aleatoriedade quântica no processo de maneiras que Eva não pode recriar plausivelmente – e Bob não conseguiu observar sem perturbar o sistema.

Segundo Moore, o protocolo SQRS proposto aborda o tipo de situação de medição remota em que Bob é o que os pesquisadores chamam de observador “honesto e curioso”. “Honesto e curioso é uma certa perspectiva usada em Criptografia quântica Onde assumimos que uma parte faz o que eles dizem (como não tentando ativamente vazar dados) ”, diz Moore. “Mas não queremos necessariamente que eles obtenham nenhuma informação.”

No mês passado, uma equipe de pesquisadores em Universidade de Guangxi em Guangxi, China relataram que eles confirmado O protocolo SQRS funciona, pelo menos em um nível de prova de princípio. (As descobertas do grupo, no entanto, foram publicadas apenas apenas no Arxiv Servidor de pré -impressão on -line e ainda não foi revisado por pares.)

De acordo com Wei Kejin, professor associado da Escola de Ciência e Engenharia Física de Guangxi, o grupo conseguiu usar uma fonte de luz fraca-nem mesmo um gerador de fóton único, mas sim uma fonte de luz mais simples que, com o tempo, lida com fótons individuais apenas estatisticamente em média.

Kejin diz que “geralmente é mais fácil de implementar, tornando-as mais adequadas para aplicativos do mundo actual”.

O grupo Guangxi relata que 6 % das medições remotas do sistema SQRS foram errôneas. No entanto, Kejin diz que uma taxa de erro de 6 % na configuração é menos significativa do que pode aparecer inicialmente. Isso ocorre porque as estatísticas melhoram a favor do sistema SQRS com mais fótons gerados. “As técnicas de correção de erros e amplificação de privacidade podem ser empregadas para destilar uma chave segura”, diz Kejin. “Assim, a tecnologia permanece viável para aplicações do mundo actual, particularmente em comunicações seguras onde alta precisão e confiabilidade são fundamentais. ”

Próximas etapas para SQRs – e seus aplicativos

De acordo com Jaewoo JooProfessor Sênior na Escola de matemática e física no Universidade de Portsmouth No Reino Unido, que não é afiliado à pesquisa, um aplicativo prático do SQRS poderia envolver alta precisão, radar quântico. A precisão aprimorada no nível quântico das medições de radar seria uma atração, diz Joo, mas também nenhum adversário ou intruso poderiam invadir as observações do radar, acrescenta ele. Ou Joo diz, monitores médicos Na casa de um paciente ou em uma clínica remota, poderia ser usada pelos médicos localizados centralmente em um hospital, por exemplo, e os dados enviados de volta ao hospital estariam seguros e livres de adulteração ou hackers.

Realizar os tipos de cenários que Joo descreve muito provavelmente envolveria redes inteiras de sistemas SQRS, não apenas a configuração SQRS mais básica, com uma Alice e um Bob. Dunningham e Moore descrevem que simples,Modelo basic de SQRs Em um artigo publicado há dois anos. Foi a configuração básica e basic do SQRS, de fato, que o grupo Guanxi está trabalhando para testar experimentalmente.

O sistema SQRS em rede mais complexo que provavelmente será necessário é o que é descrito em janeiro Revisão física a papel. O sistema SQRS em rede envolve Alice, juntamente com vários “bobs” – cada um opera seu próprio sensor particular person, no qual cada bob realiza tipos semelhantes de medições, como no protocolo básico do SQRS. A principal diferença entre os SQRs básicos e os SQRs em rede está no último sistema, alguns dos qubits no sistema precisam serenredado.

Apresentando redes de sensores e qubits emaranhados, Dunningham e Moore Discover, podem Aumente ainda mais a precisão e a segurança do sistema.

Dunningham diz que os efeitos quânticos também ampliariam a precisão do sistema geral, com um impulso proporcional à raiz quadrada do número de sensores na rede. “Então, se você teve 100 sensores, obtém um fator de 10 melhorias”, diz ele. “E esse tipo de fatores é enorme em metrologia. As pessoas ficam empolgadas com alguns por cento. Portanto, as vantagens são potencialmente muito grandes. ”

Prevendo um sistema SQRS em rede, por exemplo, Dunningham descreve o aprimoramento relógios atômicos na órbita, fornecendo cronometragem de alta precisão com proteções quânticas de alta segurança, garantindo nenhum hacking ou falsificação.

“Você pode obter uma grande vantagem de medição de precisão, além de manter a segurança”, diz ele.