A GMV terá um papel decisivo em Caramuel, a primeira missão geoestacionária de distribuição quântica de chaves

A GMV terá um papel relevante no estudo de viabilidade de Caramuel, a primeira missão satelital em órbita geoestacionária a nível mundial orientada para a distribuição de chaves mediante comunicações quânticas, uma das tecnologias que irão definir a transmissão de informação de forma segura no futuro. O estudo, financiado pela Agência Espacial Europeia (ESA), através do programa ARTES 4S (Advanced Research in Telecommunication Systems – Space for Safety & Security), conta com o apoio de um grupo de empresas e organismos espanhóis de grande relevância internacional liderados por HISPASAT e, entre os quais, se encontra a GMV como especialista no futuro segmento terrestre de Caramuel.

Os computadores quânticos proporcionam uma potência computacional muito mais elevada do que a obtida pelos computadores convencionais e que é crucial tendo em vista à resolução de determinadas questões, como a decomposição em fatores primos em que se baseia a atual criptografia não simétrica. Este facto irá representar uma mudança de paradigma nas comunicações seguras, pois permitirá a atacantes com computadores quânticos decifrar as encriptações atuais numa questão de segundos. Por este motivo, é fundamental desenvolver um sistema que permita enviar informação com as garantias de segurança necessárias nos contextos de comunicações governamentais (civis e militares), assim como em gestão de infraestruturas críticas e aplicações e serviços de interesse económico, ambiental ou tecnológico, e também em grandes corporações.

Comunicações mais seguras

Atualmente, a distribuição quântica de chaves mediante um sistema de comunicações óticas permite comprovar com certeza se estas foram intercetadas, uma vez que a sua integridade se verifica de maneira contínua graças às propriedades quânticas dos fotões. Não obstante, as redes terrestres como a fibra ótica só podem preservar a referida integridade em distâncias inferiores à centena de quilómetros, uma vez que a partir desse valor sofrem maiores perdas de sinal.

O uso do satélite para o envio de chaves mediante comunicações quânticas permite, contudo, cobrir maiores distâncias, uma vez que a atenuação do sinal é menor no espaço livre. Concretamente, e ao contrário de outras órbitas, as coberturas geoestacionárias, a 35 786 km de altura, permitem estabelecer estas comunicações entre continentes inteiros com um só satélite, de maneira contínua e sem necessidade de estabelecer seguimento do sinal.

O sistema Caramuel inclui uma carga útil quântica embarcada num satélite geoestacionário, assim como o seu segmento terrestre associado, onde a GMV lidera pacotes de trabalho chave dentro da fase inicial do estudo de viabilidade. Enquanto a carga útil está composta por um telescópio de alta precisão, uma fonte de fotões capaz de realizar envios à terra fotão a fotão com o objetivo de preservar as suas propriedades quânticas e toda a eletrónica associada, o segmento terrestre é composto por centro de controlo e por estações óticas de utilizador. A função principal do centro de controlo é supervisionar e controlar o sistema Caramuel no seu conjunto, tanto o sistema embarcado como a rede de estações terrestres. As estações terrestres referidas estão compostas, por um lado, por uma parte ótica com telescópios de aberturas entre 80 centímetros e 1,80 metros e recetores criogenizados para poder detetar os fotões de maneira individual e, por outro, pela parte responsável pela destilação das chaves, armazenamento e gestão das chaves de forma segura e conexão com a rede quântica terrestre. 

Os utilizadores mais críticos de Caramuel irão dispor dos seus próprios telescópios para não dependerem de redes terrestres intermédias e contar assim com o mais alto grau de segurança. Contudo, os utilizadores comerciais que não precisem de ter o seu próprio telescópio poderão integrar-se na rede quântica terrestre por um custo inferior até chegar a um nó intermédio com telescópio (propriedade de um fornecedor do serviço), que os irá conectar via satélite a outros nós do mesmo fornecedor ou de outros para conseguir, deste modo, uma rede global.

Assim, Caramuel integra-se com infraestruturas terrestres para proporcionar um serviço criptográfico de distribuição quântica de chaves que seja fluido e transparente para o utilizador final. Como prova de conceito desta missão, será estabelecida uma conexão via satélite de distribuição quântica de chaves entre dois nós que, por sua vez, estejam conectados por infraestrutura terrestre com os centros emissores e recetores do sinal, isto é, com os utilizadores que queiram partilhar a chave para poder cifrar as suas mensagens de forma segura.

No estudo de viabilidade de Caramuel, liderado por HISPASAT, participam juntamente com a GMV empresas como Alter, Banco Santander, BBVA, Cellnex, Das Photonics, Indra, Oesia, Quside, Sener, Telefónica e Thales Alenia Space España; e instituições e universidades como o Centro Criptológico Nacional (CCN), o Centro Superior de Investigações Científicas (CSIC), o Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC), o Instituto de Ciências Fotónicas (ICFO), o Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), a Universidade Politécnica de Madrid (UPM) e a Universidade de Vigo.

Caramuel, principal contribuição para o espaço seguro europeu

A Comissão Europeia (CE) anunciou em junho de 2019 o seu manifesto a favor da European Quantum Communications Infrastructure (EuroQCI), que irá implementar nos próximos anos os primeiros nós de comunicações quânticas em diversos países da UE. Estes nós, de âmbito metropolitano, estarão conectados entre si via satélite para garantir a sua resiliência. Para isso, o sistema de comunicações seguras por satélite promovido pela CE irá incluir entre as suas missões estas conexões de satélites da EuroQCI. Caramuel irá permitir a Espanha configurar a sua principal contribuição para estas iniciativas europeias.

Os estudos de viabilidade de Caramuel, que começaram de maneira formal em maio após algumas análises prévias preliminares, finalizarão previsivelmente em outubro deste ano. Nestes momentos está a trabalhar-se na definição preliminar do sistema de distribuição quântica de chaves e, concretamente, na sua arquitetura end to end, cujo objetivo prioritário é a sua integração com a rede quântica terrestre, assim como a análise de casos de uso reais com o setor bancário e com operadores terrestres.

O projeto Caramuel tem como objetivo prioritário adaptar-se aos standards existentes sobre comunicações quânticas como são o International Telecommunications Union (ITU) ou o European Telecommunications Standards Institute (ETSI).