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Criptografia Quântica  <ul><li>Para entender por que geração fidedigna de únicos fótons aumenta a segurança da criptografi...
Criptografia Quântica  <ul><li>Por exemplo, se ela mediu cada fóton e criou um novo para atingir um certo resultado, então...
Criptografia Quântica  <ul><li>Até recentemente, fótons únicos não puderam ser produzidos com alta probabilidade. Obteve-s...
Criptografia Quântica  <ul><li>O disco é iluminado por uma pulsação laser que excita os elétrons na matriz de GaAs que cer...
Criptografia Quântica  <ul><li>O material é cauterizado para produzir uns 5 discos que contém vários QDs, conectados para ...
Criptografia Quântica  <ul><li>Para dois fótons o mais baixo estado teria que se deteriorar dentro de 35 picoseco de duraç...
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Criptografia quântica

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Criptografia quântica

  1. 1. Criptografia Quântica <ul><li>Simples fótons, nenhuma informação sem representavidade. Este é o princípio fundamental atrás da informação quântica , um novo, campo da física em evolução. A informação não pode existir sem um sistema físico para representa-la, seja isto marcas de giz em um quadro negro ou spins alinhados nos núcleos atômicos. Já que as leis da física governam qualquer sistema, a física determina a natureza da informação em última instância e como pode ser manipulada. </li></ul><ul><li>A Física Quântica habilita fundamentalmente os novos metodos de processamento da informação, tal qual procedimentos de teletransporte entre locais distantes, algoritmos altamente eficientes na buscar soluções para equações e sua fatorização, e protocolos perfeitamente seguros para a transmissão de dados. </li></ul><ul><li>O último destes, a criptografia quântica, foi demonstrada experimentalmente, mas vários obstáculos surgiram na sua implementação na prática. Um destes foi sobrepujado agora, através de Michler et Al e por Lounis e Moerner na recente publicacão da revista Nature. Estes autores conseguiram, em duas configurações experimentais diferentes, a geração de fótons individuais sob demanda, tornando impossível acessar dados da quânticos criptografados ou a transferencia de informações sem ser notado. </li></ul>
  2. 2. Criptografia Quântica <ul><li>Para entender por que geração fidedigna de únicos fótons aumenta a segurança da criptografia quântica, considere o seguinte cenário que se baseia no protocolo de criptografia quântica conforme Bennett et al. </li></ul><ul><li>Alice quer compartilhar uma chave secreta com Bob. Esta chave simplesmente é uma sucessão fortuita de bits; Bob usará isto para codificar uma mensagem e a tornará incompreensível para qualquer um, menos Alice. Mas o que acontecerá se Eve tenta monitorar a sucessão da chave sem o conhecimento de ambos? Se estão explorando a física quântica da informação, o que Eve estiver espionando deixará uma marca. </li></ul><ul><li>Alice distribui as chaves fixando a polarização dos fótons horizontais ou verticais (veja a figura abaixo). Ela também aplica uma inclinação de 45° para a polarizar metade dos fótons e escolhida ao acaso. No lado do destinatário, Bob inclina também em 50% os fótons antes de medir a sua polarização. Então a Alice e Bob divulgam abertamente entre si que fótons foram inclinados. Eles descartam os bits inclinados por Alice e os não inclinados por Bob, ou vice-versa. As chaves restantes concordarão exatamente, a menos que Eve tenha bisbilhotado. </li></ul>
  3. 3. Criptografia Quântica <ul><li>Por exemplo, se ela mediu cada fóton e criou um novo para atingir um certo resultado, então inevitavelmente, 25% dos bits da chave final de Bob diferirão dos de Alice. Isto é porque Eve não sabe quais fótons foram misturados, e assim não pode acessar os fótons de origem para medir a sua polarização. Nenhuma brilhante inteligência adicional ou recursos pode evitar este efeito. </li></ul><ul><li>Comparando publicamente, e descartando então, um subconjunto de bits das suas chaves, Alice e Bob podem estar certos que Eve não estava bisbilhotando, porque qualquer mexida significante causará discrepâncias significativas entre esses bits. Porém, Alice não deve enviar dois ou mais fótons de cada vez, porque Eve poderia usar um feixe separador para medir um fóton a medida que o outro se mantivesse imóvel ou imperturbado. </li></ul><ul><li>Intrometidos precavenham-se. Alice, Eve e Bob são as participantes habituais das experiências de criptografia quântica. Eve tenta espionar as informações transmitidas por Alice e Bob. O controle da geração de fótons únicos aumentará substancialmente a segurança da criptografia quântica e deixando-nos assim a um passo da implementação prática. </li></ul>
  4. 4. Criptografia Quântica <ul><li>Até recentemente, fótons únicos não puderam ser produzidos com alta probabilidade. Obteve-se um número médio de fótons em um pulso de luz, mas uma probabilidade boa de se produzir um fóton significou que havia uma chance de se produzir zero ou dois fótons </li></ul><ul><li>Demonstrações experimentais dos esquemas criptográficos quânticos usaram pulsações com um número de fótons únicos tão baixo quanto 0.1, minimizando assim as chances de multi-fotons a taxa de 9 em 10 pulsações não continham nenhum fóton. Mesmo assim, contudo, 5% das pulsações usadas conterão mais de um fóton. A medida que as pulsações continham multi-fótons potencialmente poderiam não ser detectáveis e Alice e Bob não sabem quais pulsações têm fótons múltiplos, eles têm que diminuir sua chave correspondentemente para reduzir o risco de segurança (2). </li></ul><ul><li>Michler et al. obteve seus fótons únicos de um QD, ponto de quantum (Quantum Dot ) embutido em um micro disco (veja a figura abaixo) (5). Uma estrutura relacionada foi proposta por um dos autores como um possível candidato a um computador quântico (9). </li></ul>
  5. 5. Criptografia Quântica <ul><li>O disco é iluminado por uma pulsação laser que excita os elétrons na matriz de GaAs que cerca o QDs. Os elétrons são apanhados pelos QDs, junto com os buracos ( holes ) positivamente carregados que eles deixam para trás durante sua excitação. </li></ul><ul><li>Os elétrons e os buracos formam objetos chamados excitons que eventualmente se recombinam, principalmente através da emissão do fóton. Se os múltiplos excitons ocupam um determinado ponto, a sua interação mutua assegura que toda uma recombinação prévia acontece a uma freqüência diferente da última. Usando um monocromatógrafo para isolar a freqüência em um ponto particular, a estrutura pode render um fóton exatamente por pulsação laser com alta probabilidade. </li></ul><ul><li>A liberação de fótons controlados pelos pontos de quantum (QDs). Um QD é uma região onde a energia transportada é apanhada de modo que seus níveis de energia são completamente quantizadas, da mesma maneira de como estão nos átomos. No sistema Qd de Michler et al, os QD´s se formam naturalmente durante o surgimento do material no qual eles estão embutidos. </li></ul>
  6. 6. Criptografia Quântica <ul><li>O material é cauterizado para produzir uns 5 discos que contém vários QDs, conectados para compor a amostra do tamanho abaixo. O disco também pode agir como uma cavidade óptica de alta qualidade. Controlando a temperatura, Michler et al. pode ajustar a freqüência dos fótons emitidos tal que fiquem sujeitos a ser capturados através da reflexão ininterrupta ao redor da extremidade circular. Isto resultou em uma alta taxa de recombinação da radioatividade. </li></ul><ul><li>Além disso, a cavidade poderia melhorar potencialmente a eficiência da amostra. Lamentavelmente, os cientistas também acharam uma alta probabilidade aumentada de geração de dois fótons. Há pouco tempo, Lounis e Moerner provocaram uma geração única de fótons por um sistema completamente diferente, denominado de moléculas únicas (terrylene) embutidas em baixa concentração em um fino floco sólido micrométrico (p-terphenyl). </li></ul><ul><li>Um laser excita uma única molécula de terrylene para gerar uma excitação energética mais alta. Este estado se deteriora muito rapidamente para um mais baixo estado de energia que tem uma meio-vida de nanosegundos antes de emitir um único fóton eventualmente. </li></ul>
  7. 7. Criptografia Quântica <ul><li>Para dois fótons o mais baixo estado teria que se deteriorar dentro de 35 picoseco de duração da pulsação do feixe ser emitido a esta freqüência. A probabilidade desta ocorrência é menos que 1 em 1200. O sistema opera a temperatura ambiente, considerando que o sistema QD de Michler et al requer condições criogênicas. Por outro lado, uma proporção significativa das únicas pulsações do fóton é poluída por fótons adicionais a sobre a mesma freqüência do material de fundo na experiência molecular. </li></ul><ul><li>Permanece obscuro que método provará mais práticidade. </li></ul><ul><li>A criptografia convencional permanece sobre a dificuldade de inverter certas funções matemáticas, mas algumas destas tarefas caminham para ser resolvidas com um computador quântico. O campo de informação quântica ameaça minar a criptografia convencional ao oferecer uma alternativa melhor e na forma da criptografia quântica. Tremendos desafios experimentais permanecem; por exemplo, o alcance da transferência da informação quântica deve ser estendido além do limite atual de 48 km. Mas as realizações experimentais de Michler et Al e Lounis e Moerner dão prova de otimismo. </li></ul>

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