A comunicação óptica em espaço livre, a comunicação entre dois dispositivos à distância usando luz para transportar informações, é um sistema altamente promissor para alcançar comunicação de alta velocidade. Este sistema de comunicação é conhecido por ser imune à interferência eletromagnética (EMI), um distúrbio gerado por fontes externas que afeta os circuitos elétricos e pode interromper os sinais de rádio.
Embora alguns estudos tenham destacado as possíveis vantagens da comunicação óptica em espaço livre, esse sistema de comunicação apresenta, até agora, certas limitações. Mais notavelmente, é conhecido por oferecer segurança limitada contra bisbilhoteiros. Pesquisadores da Télécom Paris (membro do Institut Polytechnique de Paris), mirSense, Technische Universität Darmstadt e University of California Los Angeles (UCLA) introduziram recentemente um sistema exclusivo para comunicação óptica mais segura em espaço livre com base em uma tecnologia conhecida como laser de cascata quântica , um tipo específico de laser semicondutor que normalmente emite luz infravermelha média.
“A ideia central por trás de nossa pesquisa é que a comunicação em espaço livre privado com distribuição de chave quântica (ou seja, com base nas propriedades da física quântica) é promissora, mas provavelmente está a anos de distância, ou ainda mais”, Olivier Spitz, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. “Atualmente, as principais limitações dessa tecnologia são os requisitos para sistemas criogênicos, taxas de dados muito lentas e equipamentos caros.”
Em seu artigo, publicado na Nature Communications, Spitz e seus colegas propõem uma alternativa aos sistemas propostos anteriormente para obter comunicação em espaço livre privado, que implementam um protocolo criptográfico baseado nas leis da mecânica quântica. O novo sistema que eles desenvolveram é baseado no uso de dois lasers em cascata quântica unidirecionalmente acoplados.
A abordagem dos pesquisadores combina o que é conhecido como sincronização do caos com o comprimento de onda do infravermelho médio da tecnologia de laser em cascata quântica. A sincronização do caos é uma propriedade específica que foi examinada no contexto de lasers semicondutores por décadas.
“A sincronização do caos é a chave para a comunicação privada, enquanto o comprimento de onda do infravermelho médio significa que a atenuação da atmosfera é baixa em comparação com o comprimento de onda do infravermelho próximo, onde a maioria dos lasers semicondutores emite”, explicou Spitz. “Podemos então imaginar a transmissão com um alcance muito longo e com imunidade às condições atmosféricas. Além disso, o comprimento de onda do infravermelho médio implica furtividade, já que a radiação de fundo está no mesmo domínio de comprimento de onda.”
O comprimento de onda do infravermelho médio dos lasers da cascata quântica torna ainda mais difícil para um intruso em potencial decifrar as informações trocadas usando o sistema dos pesquisadores. Isso significa que a segurança das comunicações aumenta ainda mais.
“Acho que a conquista mais notável é a sincronização bem-sucedida do caos entre dois QCLs”, disse Spitz. “Por muito tempo, a possibilidade de gerar caos temporal nesse tipo de estrutura foi polêmica porque eles contam com uma tecnologia diferente, em comparação com a maioria dos lasers semicondutores, o que no geral torna os QCLs mais estáveis, portanto não propensos ao caos. Há alguns anos, demonstramos experimentalmente que QCLs podem gerar caos temporal, e agora demos um passo adiante, alcançando a comunicação privada baseada na sincronização do caos. ”
Até agora, os pesquisadores apenas descreveram uma prova de conceito do sistema proposto, onde a distância entre os dois lasers em cascata quântica é de apenas um metro. Esta não é uma configuração realista para comunicação em espaço livre. No entanto, eles esperam melhorar seu sistema, para torná-lo mais adequado para implementações no mundo real.
“Planejamos aumentar essa distância para centenas de metros, depois quilômetros, a fim de construir um sistema operacional”, disse Spitz. “Além dos lasers em cascata quântica, existem outros lasers semicondutores de infravermelho médio, como lasers em cascata entre bandas (ICLs). Planejamos repetir o mesmo experimento com ICLs, para determinar a melhor configuração para comunicação privada no comprimento de onda do infravermelho médio.”
Publicado em 25/06/2021 11h00
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