Anos antes dos e-mails, do internet banking, dos servidores em nuvem e das carteiras de criptomoedas, dois cientistas desenvolveram uma maneira de manter segredos perfeitamente seguros e indecifráveis ​​para bisbilhoteiros.

O trabalho deles de 1984 dependia do mundo oculto e contraintuitivo da física quântica, que rege o funcionamento do mundo na menor escala, a subatômica, em vez de códigos matemáticos complexos, mas teoricamente decifráveis, para proteger dados.

As ideias de Charles Bennett, físico americano e pesquisador da IBM, e Gilles Brassard, cientista da computação canadense e professor da Universidade de Montreal, transformaram a criptografia e a computação. A dupla recebeu o Prêmio AM Turing na quarta-feira por seu trabalho inovador em criptografia quântica de chaves.

Nomeado em homenagem ao falecido matemático e decifrador de códigos da época da guerra, Alan Mathison Turin, que articulou os fundamentos matemáticos da computação, o prêmio é amplamente considerado o Prêmio Nobel da ciência da computação.

“A criptografia é um pilar fundamental da economia global, da nossa segurança e da nossa soberania. É realmente a infraestrutura invisível que serve de base para tudo”, disse Michele Mosca, cofundador e CEO da empresa de cibersegurança evolutionQ e professor do Instituto de Computação Quântica da Universidade de Waterloo, em Ontário.

Ele afirmou ser “maravilhoso” que Bennett e Brassard tenham ganhado o prêmio, que inclui uma recompensa de US$ 1 milhão.

Bennett e Brassard inicialmente tiveram dificuldades para que seu trabalho fosse levado a sério, mas desde então ele ganhou mais urgência e importância. Especialistas em segurança temem o que é conhecido como “Dia Q” ou dia quântico: o desenvolvimento de um computador quântico poderoso o suficiente para quebrar as chaves de criptografia matemática, como o RSA, que atualmente protegem a maior parte da comunicação na internet, resultando potencialmente na maior divulgação de segredos da história.

A segurança na internet é atualmente baseada em criptografia de chave pública, que essencialmente se apoia em uma peculiaridade da matemática: embora multiplicar números seja relativamente fácil, o inverso desse processo — a fatoração — não é.

No entanto, é possível que um computador quântico em grande escala, que muitos especialistas dizem ser viável em meados da década de 2030, tenha o potencial de decifrar os códigos matemáticos que protegem informações sensíveis. Essa descoberta poderia resultar em enormes brechas na segurança das comunicações pela internet, disse Brassard.

Os computadores quânticos funcionam de uma maneira completamente diferente das máquinas típicas de hoje, que armazenam e processam informações em bits, usando uma linguagem composta de zeros e uns. Os computadores quânticos usam “bits quânticos”, também conhecidos como “qubits”, que podem se comportar como zero e um simultaneamente, um estado quântico conhecido como superposição. Em teoria, essa capacidade permitirá que os computadores quânticos processem informações muito mais rapidamente.

Com a computação atual, um símbolo de cadeado no seu navegador de internet indica que uma transação ou troca está ocorrendo de forma segura, disse Brassard. “Mas isso é possível graças a técnicas que já foram completamente quebradas ou que serão quebradas por um computador quântico quando tivermos um.”

Os agentes mal-intencionados podem já estar coletando dados criptografados com o objetivo de realizar ataques do tipo “coletar agora, descriptografar depois”, nos quais todas as informações podem ser obtidas, armazenadas e descriptografadas quando um computador quântico estiver disponível.

A criptografia de chave quântica concebida por Brassard e Bennett, no entanto, permite que as informações sejam transmitidas de uma forma fundamentalmente segura, que não pode ser hackeada, nem mesmo com um computador quântico.

Em um protocolo chamado BB84, em referência às iniciais dos autores e ao ano de publicação, Brassard e Bennett demonstraram que duas partes que desejam compartilhar dados sensíveis podem estabelecer uma chave de criptografia segura, com sigilo garantido pelas leis da física, e não pela complexidade computacional de um problema matemático. A abordagem envolve o uso de fótons de luz para estabelecer uma chave secreta entre as duas partes. Em vez de criptografar os dados diretamente, cria-se um canal seguro para comunicação.

A natureza quântica dos fótons de luz significa que, se alguém tentar interceptar o sinal, o estado do sinal mudará imediatamente, uma propriedade que torna qualquer tentativa de invasão ou espionagem imediatamente detectável.

“Isso significa que podemos compartilhar informações com a garantia de que elas não foram ouvidas por terceiros”, disse Bennett.

Antes dessa descoberta, Bennett afirmou que os efeitos quânticos, embora interessantes de estudar, não eram considerados como tendo qualquer aplicação útil na computação.

“Eles as consideravam importantes para a química e a física em laboratório, talvez para a filosofia, mas, na prática, eram um incômodo”, disse ele, referindo-se a outros cientistas da computação.

A Association for Computing Machinery, que concede o Prêmio Turing com o apoio financeiro do Google, descreveu o BB84 como “um momento transformador na história da ciência da computação” e afirmou que a pesquisa da dupla ajudou a catalisar uma geração de físicos e cientistas da computação.

“Bennett e Brassard mudaram fundamentalmente nossa compreensão da própria informação”, disse Yannis Ioannidis, presidente da associação, em um comunicado à imprensa. “O impulso global em torno das tecnologias quânticas hoje ressalta a importância duradoura de suas contribuições.”

Brassard lembrou que ele e Bennett tentaram pela primeira vez tornar seu trabalho público no início da década de 1980, em uma conferência organizada pela Association for Computing Machinery, mas foram rejeitados. Eventualmente, eles tornaram seu trabalho público em uma conferência na Índia.

“Na primeira vez que tentamos apresentar nossas ideias ao mundo, elas foram rejeitadas pela organização que nos concede este prêmio”, brincou Brassard.

Mosca disse que o trabalho da dupla parecia ficção científica quando o viu pela primeira vez no início dos anos 90, mas hoje várias empresas de cibersegurança usam essa abordagem em produtos que ajudam a manter as redes de transmissão de dados seguras.

Embora a criptografia quântica seja “a melhor proteção contra ataques de quebra de códigos”, Mosca afirmou que ela requer hardware especialmente desenvolvido, o que, por ora, dificulta sua ampla implementação. Portanto, segundo ele, abordagens matemáticas para criptografia ainda serão necessárias num futuro próximo.

“O que Gilles e Charlie descobriram foi um canal quântico para comunicação”, disse Mosca. “É realmente mágico. Você precisa das propriedades quânticas da natureza para não depender de uma suposição matemática.”