A equipe do acadêmico Guo Guangcan, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), composta por pesquisadores como Han Zhengfu, Chen Wei, Yin Zhenqiang e Wang Shuang, em colaboração com parceiros, combinou os princípios fundamentais da mecânica quântica com as restrições espaço-temporais relativísticas para realizar a localização quântica segura com segurança demonstrável, capaz de verificar de forma confiável a posição de um alvo, oferecendo uma nova abordagem tecnológica para garantir a segurança das informações de posição nos sistemas modernos de informação. Os resultados da pesquisa foram publicados online recentemente na revista acadêmica internacional Nature Physics.
A informação de posição é um dos elementos básicos que sustentam as atividades humanas. A verificação confiável da posição real de um alvo permite que o sistema de localização não apenas determine onde o alvo está, mas também julgue se sua posição é verdadeira e confiável, conferindo à informação de posição novas funções, como autenticação de identidade e credenciais de segurança, o que pode proporcionar garantias de segurança para cenários importantes como transações comerciais, resposta a emergências e segurança pública.
No entanto, sob o arcabouço da tecnologia clássica, um atacante pode falsificar sua própria posição por meio da cópia e encaminhamento de informações de verificação clássicas e de respostas coordenadas. A informação quântica, por sua vez, segue princípios da física quântica como a não clonagem e, combinada com as restrições espaço-temporais relativísticas, pode realizar a verificação de posição com segurança da teoria da informação. Contudo, esse esquema impõe exigências extremamente rigorosas quanto à perda de transmissão, à taxa de erro do sistema e ao atraso de resposta, e por muito tempo não pôde ser verificado experimentalmente.
Imagem: Universidade de Ciência e Tecnologia da China
A equipe de pesquisa desenvolveu um protocolo teórico de localização quântica segura voltado para condições experimentais reais e, com base nisso, realizou pela primeira vez uma verificação experimental completa. A equipe primeiro projetou um protocolo de segurança baseado em estados fracamente coerentes, melhorando significativamente a tolerância a perdas do sistema real. Para resolver o problema de erros na preparação de estados quânticos, a equipe projetou ainda um esquema de preparação de estados quânticos Sagnac baseado em divisores de anel micro-montados, reduzindo a taxa de erro de bits quânticos para 0,27%.
Por outro lado, devido às restrições das relações espaço-temporais relativísticas, o atraso de resposta do sistema está diretamente relacionado à precisão da localização quântica segura. Para isso, a equipe desenvolveu tecnologias-chave como codificação de intensidade multi-comprimento de onda, transmissão de baixa latência por fibra óptica de núcleo oco e processamento de funções lógicas aleatórias de alta velocidade, comprimindo o atraso total do sistema para a ordem de centenas de nanossegundos e alcançando uma precisão de localização superior a 75 metros, equivalente à escala espacial de um único edifício. Os resultados experimentais verificaram a viabilidade da localização quântica segura em condições reais e demonstraram potencial de desempenho para aplicações práticas.
Os pesquisadores afirmam que esse resultado amplia o papel da informação de posição no sistema moderno de segurança da informação, abrindo uma nova direção tecnológica para o desenvolvimento de novos mecanismos de segurança e formas de processamento de informação baseados em posição.