Simulação do protocolo BB84 de criptografia quântica utilizando um feixe laser intenso

Abstract

Neste trabalho apresentamos um experimento muito simples explorando a polarização de um feixe laser intenso para simular a distribuição de uma chave criptográfica através do protocolo BB84 de criptografia quântica. Nossa proposta está baseada na analogia entre graus de liberdade de um feixe laser com estados quânticos da luz, muito discutida atualmente. A proposta utiliza duas bases de polarização linear, queé o ingrediente original do protocolo proposto por Bennet e Brassard. Dessa forma, o experimento permite um entendimento direto do princípio de funcionamento do protocolo. O experimento pode ser realizado em laboratórios didáticos dos cursos de graduação em Física e Engenharias bem como em espaços de divulgação científica. Além disso, os resultados mostram que o experimento apresenta um ambiente muito propício para discussão sobre a diferença entre propriedades clássicas e quânticas da luz. Palavras-chave: Criptografia Quântica, Polarização, Laser , Mecânica QuânticaWe present a very simple experiment exploring the polarization of an intense laser beam in order to perform an emulation of a cryptographic key distribution by the well known BB84 protocol. Our work relies on the analogy between classical degrees of freedom of a laser beam and quantum states, very discussed nowadays. Our analogue of a key distribution is made by using two polarization basis, the original ingredient used by Bennet and Brassard, which allow us a direct understanding of the protocol. The experiment can be performed in didactic laboratories or can be demonstrated in a classroom. In addition, the results show a very proper ambient to discuss the difference between classical and quantum measurement of light. Keywords: Quantum Criptography, Polarization, Laser, Quantum Mechanics. IntroduçãoEm mundo cada vez mais digitalé preciso confiar nos canais de transmissão de informação. A criptografia modernaé baseada na distribuição de chaves criptográficas (uma longa sequência de zeros e uns -0 e 1). Para encriptar uma mensagem digital (também uma sequência de zeros e uns) que se deseja enviar em segredo, deve-se utilizar técnicas seguras de encriptação. Uma delasé a conhecida técnica "One-Time pad" [1], onde bits da mensagem são combinados com os bits da chave criptográfica * Endereço de correspondência: huguenin@if.uff.br. em uma operação modular. Uma nova sequência binária será produzida com significado ininteligível para quem interceptar. Este procedimentoé seguro desde que a chave seja randômica e secreta. O receptor da mensagem também deve possuir a chave criptográfica de modo a recuperar a mensagem original procedendo também uma operação modular. A mensagem encriptada pode ser enviada em um canal público não seguro desde que a chave seja partilhada apenas entre o rementente e o destinatário. Logo, o problema da comunicação seguraé a distribuição de chaves criptográficas. Atualmente, a técnica mais utilizadaé o protocolo RSA [2] que usa a distribuição pública de chaves, cuja segurançaé baseada na difi-

Realização experimental da simulação do algoritmo de Deutsch com o interferômetro de Mach-Zehnder

“…Iniciaremos com uma sumarização desta proposta e passaremos a descrever o experimento. Vale destacar que podemos descrever o circuito como sendo percorrido por um único fóton, porém, o experimento será feito com um feixe intenso, explorando a analogia entre óptica clássica e mecânica quântica [21].…”

“…Trabalhos com esta proposta tem sido produzidos pela comunidade [17][18][19][20]. Já o uso de ferramentas de óptica clássica foi recentemente utilizado para realizar a simulação do protocolo BB84 de distribuição de chaves quânticas [21], em um experimento simples de largo alcance didático.…”