Rio constrói primeira rede de criptografia quântica do país

Cinco centros de pesquisa cariocas serão conectados de uma nova forma: eles fazem parte da Rio Quântico, a primeira rede metropolitana experimental de comunicação baseada em propriedades da mecânica quântica do Brasil. Entre elas, a informação circulará em forma de qubits, o equivalente quântico do bit.

Um bit é a menor unidade de informação que pode ser armazenada ou transmitida, podendo corresponder ao número 0 ou 1. Lido em código binário, ele guarda uma sequência que pode ser decodificada. Na criptografia tradicional, que é usada hoje na internet de todo o mundo, as informações são codificadas e transmitidas junto com uma chave de decodificação, necessária para que seja possível decifrar a mensagem. 

A criptografia quântica se aproveita da propriedade de superposição de estados, que permite que o bit quântico (o qubit) equivalha a 0 e a 1 ao mesmo tempo. Isso aumenta bastante a complexidade de decodificar a mensagem, assim como a segurança.

Na prática, a criptografia quântica não é utilizada na codificação do texto em si, mas na criação e na transmissão das chaves decodificadoras. O método é quase inviolável, e seu desenvolvimento deve logo se tornar fundamental para a segurança das redes de comunicação mundiais. 

A Rio Quântico conectará o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), a Universidade Federal Fluminense (UFF), a Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) e, em breve, o Instituto Militar de Engenharia (IME). A montagem da rede é uma operação cara e sofisticada, que está em implementação desde 2021. Atualmente, ela está em fase de testes e ajustes. 

As cinco instituições serão interligadas por fibra óptica. Mas há uma conexão adicional: um laser que é emitido pela UFF atravessa 6,8 quilômetros por cima da Baía de Guanabara e é captado por um receptor óptico no topo do CBPF. Essa é a parte mais desafiadora do sistema: qualquer parcela de luz perdida pode comprometer a integridade da informação transmitida. 

“Enlaces de longa distância podem atrapalhar muito a parte quântica. Até mesmo leves distorções ou trepidações nos terraços desalinham o feixe de luz, sem falar no efeito de fatores ambientais que atenuam o sinal, como calor, névoa e chuva”, diz o tenente-coronel Vítor Andrezo, engenheiro de comunicações do IME e especialista em óptica no espaço livre, em entrevista para a revista Pesquisa Fapesp.

No CBPF, há ainda o novo Laboratório de Tecnologias Quânticas, construído com R$ 22 milhões do orçamento da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep). O espaço será utilizado para fabricar materiais úteis para o processo de computação quântica. 

Quando toda a infraestrutura estiver montada, funcionando e calibrada, o passo seguinte será a implementação de um protocolo de criptografia quântica entre as instituições. Só assim será colocado em prática o principal objetivo do projeto: a geração à distância de chaves criptográficas aleatórias.

As redes quânticas pelo mundo

A implementação de redes metropolitanas para estudar a comunicação quântica começou há duas décadas. A primeira rede desse tipo surgiu em 2003 nos Estados Unidos, conectando a Universidade de Boston, a empresa de tecnologia BBN e a Universidade Harvard por fibras ópticas, e funcionou por quatro anos. Desde então, várias iniciativas surgiram globalmente.

 Em maio deste ano, grupos de pesquisa na China, nos Estados Unidos e na Europa conseguiram transmitir fótons emaranhados entre pontos de redes urbanas conectadas por fibra óptica, o que foi um avanço rumo à criação de uma internet quântica. No emaranhamento, partículas como fótons e átomos permanecem correlacionadas, mesmo a longas distâncias, o que permite a transmissão de informações.

A China lidera os investimentos em comunicação quântica, com mais de US$ 15 bilhões destinados ao setor – superando todos os outros países juntos. O país já implementou várias redes de criptografia quântica. A maior delas é uma rede que conecta quatro áreas metropolitanas – Beijing, Jinan, Hefei e Xangai –  por mais de 4,6 mil km de fibras ópticas. Além disso, o país também tem dois satélites quânticos, Micius e Jinan 1, que se comunicam com estações terrestres.

Outras iniciativas brasileiras

Duas outras redes quânticas metropolitanas estão sendo desenvolvidas no Brasil com financiamento do CNPq, ambas em estágios iniciais. A Rede Quântica Recife está instalando uma conexão de fibras ópticas entre as universidades federais de Pernambuco (UFPE) e Rural de Pernambuco (UFRPE), que estão separadas por cerca de 5 quilômetros. No entanto, o projeto enfrenta atrasos devido à liberação dos recursos.

O segundo projeto está em São Carlos (SP), com uma rede de aproximadamente 4 km conectando a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), o Instituto de Física de São Carlos da USP (IFSC-USP) e o Centro de Pesquisas Avançadas Wernher von Braun. A viabilidade da conexão entre essas instituições por cabo óptico está sendo analisada, e a expectativa é que a rede quântica esteja em operação daqui dois anos.