Para manter informações secretas, dê um nó nelas

Redação: Inovação Tecnológica - 20/10/2020

Criptografia fotônica

Pesquisadores da Universidade de Ottawa, no Canadá, conseguiram criar nós de luz que podem ser aplicados em tecnologias avançadas de comunicação e criptografia.

A ideia de que é possível dar nós na luz tem menos de uma década, mas os físicos acreditam que podem usar esses truques até para criar campos de força em reatores de fusão nuclear.

Hugo Larocque e seus colegas, por sua vez, estão mais focados em desenvolver novos métodos de distribuição de chaves criptográficas secretas - usadas para criptografar e descriptografar dados, garantir comunicações segura e proteger informações privadas.

"Isso é fundamentalmente importante, em particular de uma perspectiva focada na topologia, uma vez que os nós [de luz] fornecem uma plataforma para cálculos quânticos topológicos," explicou o professor Ebrahim Karimi. "Além disso, usamos essas estruturas ópticas não triviais como portadoras de informações e desenvolvemos um protocolo de segurança para comunicação clássica, onde a informação é codificada dentro desses nós que fabricamos."

Nó de luz

A equipe sugere uma lição simples, do tipo faça você mesmo, para ajudar a entender melhor os nós de luz, objetos tridimensionais que também podem ser descritos como superfícies - seu nome técnico é "nó enquadrado", e um exemplo interessante é a fita de Moebius.

"Pegue uma tira estreita de papel e tente dar um nó," ensina o pesquisador Hugo Larocque. "O objeto resultante é conhecido como um nó enquadrado e tem características matemáticas muito interessantes e importantes."

O próprio Larocque tentou fazer o mesmo experimento, mas trocando a fita de papel por um feixe de luz, o que, claro, apresenta um nível maior de dificuldade. Depois de algumas tentativas (e nós que mais pareciam nós em cordas), ele encontrou o que procurava: uma estrutura de fita com nós que é a quintessência dos nós enquadrados.

"Para enrolar esta fita, nosso grupo contou com técnicas de modelagem de feixe manipulando a natureza vetorial da luz," explicou Larocque. "Modificando a direção de oscilação do campo de luz ao longo de um nó óptico 'não enquadrado', fomos capazes de atribuir um enquadramento a este último 'colando' as linhas traçadas por esses campos oscilantes."

O nó, juntamente com um par de números, pode ser usado para recuperar a "trança" criptografada por meio de um procedimento baseado na fatoração de números primos.
[Imagem: University of Ottawa]

Luz estruturada

De acordo com os pesquisadores, feixes de luz estruturados estão sendo amplamente explorados para codificar e distribuir informações, e os nós de luz vêm somar-se a esse arsenal - além da luz torcida, há todo um estranho mundo novo da luz.

"As características estruturais desses objetos podem ser usadas para especificar programas de processamento de informações quânticas," acrescentou Larocque. "Em uma situação em que este programa quisesse ser mantido em segredo enquanto fosse distribuído entre várias partes, seria necessário um meio de criptografar essa 'trança' e depois decifrá-la. Nosso trabalho aborda essa questão propondo o uso do nosso nó óptico enquadrado como um objeto de criptografia para esses programas, que poderiam ser posteriormente recuperados pelo método de extração das tranças, que também desenvolvemos."