By Kenna Hughes-Castleberry publicado em 29 de dezembro de 2023
O “Journal Club” do IQT é uma série de artigos semanais que analisa um artigo recente de pesquisa em tecnologia quântica e discute seus impactos no ecossistema quântico. Este artigo concentra-se em um artigo recente que estuda redes quânticas e comunicações por satélite.
Rede quântica de satélites, conforme detalhado no estudo recente em Acesso IEEE, representa uma convergência inovadora de tecnologia quântica e comunicações por satélite, com implicações profundas para a indústria quântica. Esta integração é fundamental para realizar a distribuição de chaves quânticas (QKD) e a transferência de estado quântico, que é essencial para uma comunicação global segura.
Distribuição de chaves quânticas e órbitas de satélite:
O estudo investiga esquemas QKD de variável discreta (DV) e variável contínua (CV), cada um oferecendo vantagens exclusivas para redes quânticas assistidas por satélite. DV QKD é semelhante à criação de um código secreto onde a orientação de cada fóton carrega um pedaço da mensagem. Essa técnica é particularmente adequada para criar chaves criptográficas seguras, semelhantes a senhas ou códigos secretos que somente o remetente e o destinatário pretendidos podem entender e usar. DV QKD envolve a codificação de informações usando as propriedades de estados quânticos individuais, como a polarização de fótons, adequadas para essas chaves seguras.
Por outro lado, Variável Contínua Distribuição Quântica de Chaves (CV QKD) funciona de maneira um pouco diferente. Em vez de depender de estados quânticos distintos, ele codifica informações usando uma faixa de valores. Pense nisso como um interruptor dimmer em uma luz, onde você pode ajustar o brilho para qualquer nível entre totalmente ligado e desligado. Este método é particularmente eficaz em situações onde há muito “ruído” ou perturbação, pois é mais resiliente e pode manter a integridade da mensagem em condições aquém das ideais.
Uma escolha estratégica de órbitas de satélite, particularmente Órbita Terrestre Baixa (LEO) e Órbita Geossíncrona (GEO), é crucial para otimizar o desempenho do QKD. Os satélites em órbita terrestre baixa (LEO) estão mais próximos da Terra do que uma torre de celular próxima. Eles oferecem uma forte conexão com as estações terrestres, mas cobrem uma área menor. Esta proximidade torna-os ideais para uma comunicação rápida e eficiente, mas o seu alcance é limitado.
Em contraste, os satélites em órbita geossíncrona (GEO) estão muito mais distantes. Eles operam como torres de rádio distantes, cobrindo uma vasta área, mas com sinais diretos mais fracos. Os satélites GEO podem cobrir quase um terço do planeta, proporcionando uma cobertura mais ampla, embora com maior atraso de sinal.
LEO e GEO têm funções distintas em redes quânticas, sendo o LEO excelente para comunicação rápida e eficiente dentro de uma área limitada e o GEO oferecendo uma cobertura mais ampla com alguns compromissos de velocidade.
Integração de Rede Definida por Software (SDN) e Computação Quântica:
Redes definidas por software (SDN) em redes quânticas de satélite podem ser consideradas um sistema de controle de tráfego de dados altamente avançado e adaptável. É como ter um centro de comando central que pode redirecionar instantaneamente o tráfego de dados para evitar congestionamentos e garantir um fluxo suave de comunicação. Esta integração resulta num aumento significativo na taxa de geração de emaranhamento quântico, que é um componente chave da comunicação segura. Também simplifica o gerenciamento dessas conexões quânticas, garantindo que a rede quântica opere de forma eficiente e eficaz.
Com o seu imenso poder de processamento, a computação quântica pode aumentar significativamente a segurança das redes de informação de satélites. Assim como um computador poderoso pode tornar tarefas complexas como edição de vídeo mais suaves e rápidas, a computação quântica pode reforçar os mecanismos de segurança dessas redes, tornando-as extremamente difíceis de serem comprometidas.
Para Internet das Coisas (Internet das coisas) dispositivos, como carros inteligentes ou drones, que dependem de comunicações rápidas e seguras, o atraso reduzido oferecido pela computação quântica é crucial. Esse aprimoramento é semelhante a ter uma conexão de Internet de alta velocidade que permite streaming contínuo de vídeos de alta definição sem buffer.
Exploração Futura:
O artigo propõe domínios maduros para exploração futura neste campo florescente. A rede quântica de satélites está na vanguarda para permitir uma tecnologia quântica Internet que pode revolucionar vários setores. Isto envolve o uso de satélites como repetidores quânticos para conectar computadores quânticos terrestres e estabelecer chaves seguras entre as partes.
Kenna Hughes-Castleberry é editora-chefe da Inside Quantum Technology e comunicadora científica da JILA (uma parceria entre a University of Colorado Boulder e o NIST). Suas áreas de escrita incluem tecnologia profunda, computação quântica e IA. Seu trabalho foi apresentado na Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica e muito mais.
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- Fonte: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-new-ieee-paper-on-quantum-computing-and-satellite-communications/
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