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Pesquisadores aumentam eficiência de máscara temporal

Técnica filtra ruído e poderá permitir comunicações ultra-seguras  

Revista Nature
LEGENDA: Ondas de luz, vistas ao longo do tempo, criam um efeito de camuflagem no centro, onde a intensidade luminosa é zero (simulação). 

Por Zeeya Merali  e revista Nature

Se você alguma vez já quis editar um evento de sua história, a ajuda pode estar chegando. Engenheiros elétricos usaram lasers para criar uma máscara que pode esconder comunicações em um ‘buraco temporal’, de maneira que eles pareçam nunca ter sido enviados.

O método, publicado em 5 de junho na Nature, é o primeiro que pode camuflar feixes de dados enviados a taxas rápidas normalmente usadas em sistemas de telecomunicações. Ele abre a porta para esquemas ultra-seguros de transmissão, e também pode fornecer uma maneira de proteger informações contra adulteração por ruído.

Em 2010, Martin McCall, físico ótico do Imperial College London, e colaboradores, consideraram possível criar capas temporais que produzem curtas janelas no tempo que permitiriam realizar operações não detectáveis.

Seu trabalho usa os princípios de capas da invisibilidade, que escondem objetos no espaço ao canalizar raios de luz a seu redor. Quando observadas à distância, a luz parece ter viajado ao longo de uma linha reta, sem ter atingido qualquer objeto intermediário.

De maneira semelhante, McCall e seus colegas sugeriram que ao desmontar ondas de luz no tempo, e depois comprimí-las de volta, deveria ser possível criar ‘bolsões temporais’ para esconder eventos.

Em teoria, isso poderia permitir ‘um nível completamente novo de segurança’ para a transmissão de dados ao longo de fibras óticas, explica Joseph Lukens, engenheiro elétrico da Purdue University em Indiana, e principal autor do último estudo. “Isso não apenas evita que espiões leiam seus dados – eles sequer saberiam que existem dados para serem hackeados ali”.

No ano passado, uma equipe conduzida por Alexander Gaeta, físico ótico da Cornell University em Ithaca, Nova York, produziu a primeira capa temporal ao manipular pulsos laser. Mas as janelas temporais se abriam muito raramente para conseguirem esconder dados chegando a taxas de telecomunicações.

Dividindo a luz

Para acelerar a taxa de camuflagem, Lukens e seus colegas exploraram um fenômeno ondulatório que foi descoberto pela primeira vez pelo inventor britânico Henry Fox Talbot, em 1836.

Quando uma onda de luz passa através de uma série de fendas paralelas chamadas de grade de difração, ela se divide. Os raios que emergem das fendas se combinam do outro lado para criar um intricado padrão de interferência de picos e vales.

Talbot descobriu que esse padrão se repete a intervalos regulares, criando o que atualmente é conhecido como efeito Talbot.

Também existe uma versão temporal desse efeito em que a luz é manipulada no decorrer do tempo para gerar períodos regulares com intensidade luminosa zero, explica Lukens. Dessa forma, dados podem ser escondidos nesses buracos temporais. 

A equipe de Lukens criou padrão Talbot (Talbot carpet) no tempo ao enviar luz laser através de um ‘modulador de fase’, uma guia de onda que também recebeu uma voltagem elétrica oscilante.

Conforme a voltagem variava, a velocidade da luz ao longo da guia de onda foi alterada, separando a luz de acordo com suas frequências e tirando-as de sincronia.

Como previsto, em intervalos de tempo regulares, as frequências separadas se recombinaram destrutivamente para gerar espaços temporais. A equipe de Lukens então voltou a usar um modulador de fase para comprimir a energia ainda mais, expandindo a duração das janelas temporais para 36 picossegundos (ou 36 trilionésimos de segundo).    

Os pesquisadores testaram a máscara para ver se ela estava funcionando corretamente ao inserir outro feixe de dados codificados na fibra durante as janelas temporais.

Em seguida eles usaram mais duas modulações de fase – para “desfazer os danos das duas primeiras modulações”, explica Lukens – descomprimindo a energia novamente e em seguida recombinando as frequências separadas.

Eles confirmaram que um usuário interceptando a rede só conseguiria captar o sinal laser original, como se ele nunca tivesse sido perturbado. A máscara teve sucesso em esconder dados adicionados a uma taxa de 12,7 gigabits por segundo.

Desaparecendo

Infelizmente, a atual configuração pode ser um pouco boa demais para esconder coisas. “Nós apagamos completamente o evento de inserção de dados da história, então não há como aqueles dados serem enviados como mensagem útil para alguém, mesmo um destinatário genuíno”, observa  Lukens.

McCall, no entanto, ficou impressionado com o trabalho da equipe e acredita que modificações futuras permitirão enviar mensagens secretas com sucesso. Ele dá o crédito à equipe de Luke por aumentar significativamente a eficiência da máscara. “Isso deixa as máscaras temporais mais próximas de aplicações práticas”, elogia McCall.

Ironicamente, a primeira aplicação das máscaras temporais pode não ser esconder dados, mas ajudá-los a ser lidos com mais precisão.

A equipe mostrou que dividir e recombinar ondas de luz no tempo cria períodos aumentados em que o feixe de dados principal pode se tornar imune à corrupção provocada por uma inserção de dados. “Isso pode ser útil para reduzir a interferência quando vários feixes de dados compartilham a mesma fibra”, aponta Lukens.

Gaeta concorda que a aplicação primária da camuflagem provavelmente será para propósitos comuns e inocentes. “Pessoas sempre imaginam algo ilícito quando ouvem ‘camuflagem’”, aponta ele. “Mas essa maneira de manipular a luz provavelmente será usada para tornar técnicas não-secretas atuais mais sofisticadas”. 

Esse artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 5 de junho de 2013.