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Informações: acm@acm-itea.org
A mecânica quântica começou a ser desenvolvida no início do século XX e foi responsável diretamente por diversos avanços tecnológicos que tiveram um enorme impacto na nossa sociedade atual, como a Internet e os computadores pessoais.
Mais recentemente novas ideias de aplicações a partir de sistemas quânticos individuais foram propostas, criando uma nova área chamada de Informação Quântica. Essas novas ideias permitem a execução de determinadas tarefas com ganhos significativos comparados aos sistemas de processamento de informação tradicional. Por exemplo, as comunicações quânticas permitem uma nova forma de distribuição de chaves criptográficas que podem revolucionar a segurança da informação no século XXI.
Medições feitas em sistemas quânticos individuais são probabilísticas por natureza. Matematicamente o processo de medição é representado por uma matriz quadrada com autovalores reais, cujas saídas são seus autovetores. O funcionamento da criptografia quântica pode ser entendido justamente por esse processo de medição.
Nessa palestra vou apresentar alguns fundamentos da mecânica quântica a partir de operações matriciais, explicar como funciona a criptografia quântica e as motivações por trás do seu desenvolvimento e apresentar algumas implementações reais de sistemas de criptografia quântica.
A criptografia quântica é um campo de estudo que busca aprimorar a segurança da transmissão de informações. Diferente da criptografia clássica, que se baseia em códigos matemáticos, a criptografia quântica utiliza princípios da física quântica para garantir a inviolabilidade das mensagens.
Evolução Histórica
A história da criptografia quântica começa na década de 1970, quando Stephen Wiesner propôs a ideia de utilizar a mecânica quântica para proteger informações. Ele publicou um artigo intitulado “Conjugate Coding“, no qual descrevia um método de criptografia que se baseava na impossibilidade de medir corretamente o estado de um sistema quântico sem alterá-lo.
No entanto, foi somente na década de 1980 que a criptografia quântica começou a ser estudada com mais intensidade. Em 1984, Charles H. Bennett e Gilles Brassard propuseram um protocolo de criptografia quântica que ficou conhecido como BB84. Esse protocolo utiliza um sistema de chave pública, no qual o emissor e o receptor da mensagem compartilham uma chave de criptografia quântica.
O protocolo BB84 foi um grande avanço para a criptografia quântica, mas ainda havia muitos desafios a serem superados. Um deles era a limitação das distâncias que poderiam ser percorridas pelas informações sem que houvesse interferência. Isso foi superado com a utilização de repetidores quânticos, que permitem a transmissão de informações por distâncias maiores.
Outra grande evolução na criptografia quântica foi a criação de sistemas de criptografia quântica baseados em pares de fótons entrelaçados. Esse tipo de sistema utiliza pares de partículas quânticas que estão conectados de forma tão intrincada que qualquer mudança em uma delas afeta imediatamente a outra. Isso garante a segurança das informações transmitidas, mesmo em distâncias muito longas.
Atualmente, a criptografia quântica é uma área de pesquisa muito ativa, com diversas empresas e universidades desenvolvendo novos sistemas e protocolos. Alguns dos principais pesquisadores na área incluem Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Artur Ekert, Peter Shor, e Ignacio Cirac.
Há também diversos livros que abordam a história e os princípios da criptografia quântica. Um dos mais famosos é “Quantum Cryptography and Secret-Key Distillation”, escrito por Charles H. Bennett e Gilles Brassard. Outros livros importantes na área incluem “Introduction to Quantum Information Science”, de Vlatko Vedral, e “Quantum Information Theory and the Foundations of Quantum Mechanics”, de Christopher G. Timpson.
À guisa de conclusão, a história da criptografia quântica é marcada por avanços graduais, mas constantes, que transformaram a teoria em prática. Embora ainda existam desafios a serem superados, a criptografia quântica já se provou uma ferramenta extremamente poderosa para proteger informações sensíveis em um mundo cada vez mais conectado.
Nota: Parte do texto foi produzida em sinergia com IA.
Guilherme Barreto Xavier
Graduação em Engenharia Elétrica – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2003).
Mestrado em Engenharia Elétrica – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2005).
Doutorado em Engenharia Elétrica – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2009).
com período sanduíche no exterior – KTH (Royal School of Technology) Suécia (2006-2007).
Pós-doutorado – Centro de Estudos em Telecomunicações – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2009-2011).
Professor Assistente – Departamento de Ingeniería Eléctrica – Universidad de Concepcion (2011-2014)
Professor Associado – Departamento de Ingeniería Eléctrica – Universidad de Concepcion (2014-2017)
Professor Associado – Department of Electrical Engineering – Linköping University (2017- )
Coordenador do Quantum Technologies Laboratory – Linköping University
Possui quase 20 anos de experiência em informação quântica e comunicações quânticas. Tem mais de45 artigos em publicações científicas e 30 em conferências especializadas nas áreas de criptografia quântica, transmissão de emaranhamento quântico, geração quântica de números aleatórios e testes fundamentais de mecânica quântica. Atualmente é um dos coordenadores do projeto NQCIS – National Quantum Communication Infrastructure in Sweden, cujo objetivo é a instalação de uma rede de comunicações quânticas de longa distância na Suécia para testes da tecnologia
Comentários
| Ficção e realidade se entrelaçam na Critografia quântica. (Aguinaldo Antonio Rodrigues ) |
| Muito bem ministrada. Parabéns aos envolvidos!! (Ana Rafaela Mota de Oliveira ) |
| Apresentação muito clara e informativa do Dr. Guilherme. (André Marques da Costa) |
| Adorei aprender um pouco sobre um assunto que temos pouco contato na Licenciaturas! Obrigada a todos! (Anna Beatriz Padilha) |
| Parabéns! (Antonia dos Prazeres Vitor Silva) |
| Excelente palestra! (Aristoteles Maia Neto ) |
| A mudança ou o avanço tecnológico passa por esse assunto. (Audrey Stephanne De Oliveira Gomes ) |
| A palestra foi muito boa, mesmo sendo um tanto quanto difícil de entender os conceitos por causa da mecânica quântica consegui compreender e fechar algumas lacunas e dúvidas que eu tinha sobre a criptografia quântica (Carlos Eduardo de Arruda Nobre) |
| Bem complexo, apresentação complexa, mas não sei se poderia ser mais simples e ao mesmo tempo ficando em nível de conhecimento do assunto satisfatório. (Clovis Laerdson de Lima Gomes ) |
| Excelente palestra. Parabéns! (Davidson Estanislau de Gois Lima) |
| Excelente palestra (Erick Lucas Correia Cordeiro ) |
| show (Felipe Augusto Peixoto) |
| Parabéns pelo tema e palestra. (Flávio Maximiano da Silva Rocha) |
| Assunto complicado mas, de uma aprendizagem impar (Francisco Isidro Pereira) |
| Palestra muito boa, gostei bastante (Ingrid Cristina Leão Dantas Moraes) |
| Tema de grande amplitude de uso. Excelente apresentação. (Ivanildo da Cunha Ximenes) |
| Gostaria de agradecer imensamente à ACM por ter trazido-nos essa excelente palestra (Jefte Dodth Telles Monteiro) |
| Exposição excelente do tema. (José Jânio Ferreira dos Santos ) |
| Belíssima palestra, nos mostra que a matemática que estudamos tem aplicações importantes. (Lucia dos Santos Bezerra de Farias) |
| Excelente. (Luciene Felix Rebelo ) |
| Uma excelente contribuição obrigada pelas informações tão importantes. (Maria José da Silva ) |
| Ótimo! (Matheus Gabriel da Silva) |
| Muito boa a didática (Maximiliano Bevilaqua Esper ) |
| Excelente palestra multidisciplinar! Espero ver o Prof. Guilherme, novamente, em breve! Parabéns Academia! (Maxwell Gonçalves Araújo) |
| Excelente palestra, professor Guilherme! Fiquei encantado com suas reflexões e valiosa contribuição a todos nós que almejamos uma Educação de qualidade. Assim, temos o prazer de constatar a Matemática e suas conexões com a Física. (Miron Menezes Coutinho) |
| Fascinante palestra que proporcionou ver uma forte significação à Matemática do nível superior, falou-se de Química na descrição da transição eletrônica, fotón, Física ao falar do campo ortogonal, informática e muito mais. (Paulo Sérgio Sombra da Silva) |
| Assunto interessante e atual. (Poncio Mineiro da Silva) |
| Conteúdo maravilhoso (Rafael da Silva Carvalho ) |
| Excelente tema contemporâneo sobre aplicabilidade da Matemática e apresentação do prof. Guilherme! (Rosa Elvira Quispe Ccoyllo) |
| Muito oportuna essas palestras que trazem a temática quântica. Particularmente é um assunto que sempre me causa desconforto justamente por não ter uma iniciação mínima. A ACM vem, ao longo do tempo, preenchendo essa lacuna por meio dos seus eventos e convidados palestrantes de alto nível na área em que atuam, isso certamente tem contribuído para desmistificação e sedimentação de uma compreensão que embora não me torne especialista me permite apreciar a nível de entendimento a beleza da mesma. Esta palestra permitiu, a nível de demonstração e exemplificação de aplicação, observamos a matemática sendo instrumentalizada para objetificar um fenômeno que não se deixa capturar de maneira imediata, sei que parece trivial repetir essa utilidade da matemática, no entanto, nem sempre ela é óbvia em nível prático propriamente dito, isto é, nem sempre conseguimos estabelecer a correspondência necessária entre o modelo abstrato matemático e o estudo de um fenômeno, ou seja, não conseguimos trabalhar o fenômeno mediante matematização, por isso, as vezes não conseguimos responder perguntas naturais que se impõe quando o jovem pergunta pra que que serve determinada técnica matemática. (Willames Wiclef Alves da Silva) |