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| A criptografia quântica utiliza princípios da física quântica para criar comunicações seguras, detectando qualquer tentativa de interceptação. |
Todos os dias, bilhões de pessoas confiam na segurança da internet para realizar transações bancárias, enviar mensagens privadas, acessar contas de e-mail e compartilhar informações sensíveis. Por trás dessa segurança está a criptografia — sistemas matemáticos que protegem nossos dados contra acessos não autorizados.
No entanto, uma ameaça silenciosa se aproxima. Os computadores quânticos, quando suficientemente avançados, poderão quebrar grande parte da criptografia que protege a internet moderna. Felizmente, a própria física quântica oferece uma solução: a criptografia quântica, uma tecnologia que promete criar comunicações seguras baseadas não em matemática complexa, mas nas leis fundamentais do universo.
Antes de mergulharmos no universo da criptografia quântica, é fundamental compreender a tecnologia que torna tudo isso possível: a computação quântica, que é a base sobre a qual todas as aplicações quânticas — incluindo a criptografia — se desenvolvem.
Neste artigo, vamos explorar o que é a criptografia quântica, como ela funciona, quais são seus principais protocolos e por que ela representa o futuro da segurança digital.
📌 NOTA SOBRE ATUALIZAÇÃO TECNOLÓGICA
A área de criptografia quântica e comunicação quântica avança em ritmo acelerado. As informações sobre redes, satélites e capacidades tecnológicas apresentadas neste artigo refletem o estado da arte até o momento da publicação (junho de 2026). Dados como extensão de redes, número de qubits ou marcos específicos podem ter evoluído desde então. Recomendamos consultar fontes oficiais e atualizadas para verificar os avanços mais recentes.
ÍNDICE
O PROBLEMA DA CRIPTOGRAFIA CLÁSSICA
O QUE É CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA?
O PROTOCOLO BB84: A BASE DA DISTRIBUIÇÃO QUÂNTICA DE CHAVES
ENTRELAÇAMENTO E CRIPTOGRAFIA: O PROTOCOLO E91
O TEOREMA DA NÃO-CLONAGEM: A GARANTIA DE SEGURANÇA
CRIPTOGRAFIA PÓS-QUÂNTICA VS. CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA
A CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA NA PRÁTICA
QUANTUM HACKING: OS DESAFIOS DA IMPLEMENTAÇÃO
O NIST E OS PADRÕES PÓS-QUÂNTICOS
PERGUNTAS FREQUENTES SOBRE CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA
CONCLUSÃO
O PROBLEMA DA CRIPTOGRAFIA CLÁSSICA
Para compreender a revolução proposta pela criptografia quântica, é necessário primeiro entender as limitações da criptografia que utilizamos atualmente.
Os Fundamentos da Criptografia Atual
A criptografia que protege a maior parte das comunicações digitais baseia-se em problemas matemáticos que são simples de resolver em um sentido, mas extremamente complexos no sentido inverso. O sistema mais conhecido é o RSA (Rivest-Shamir-Adleman), criado em 1977.
O funcionamento do RSA pode ser resumido em algumas etapas:
Dois números primos grandes, p e q, são escolhidos e multiplicados para obter N = p × q.
O valor de N é tornado público (chave pública), enquanto p e q permanecem em segredo (chave privada).
Para decifrar uma mensagem, é necessário conhecer p e q. Encontrá-los exige a fatoração de N, um processo que demanda um tempo impraticável para números suficientemente grandes.
Atualmente, fatorar um número de 2048 bits — o padrão vigente — exigiria milhares de anos de processamento em um computador clássico. Essa dificuldade computacional é o que torna o RSA e sistemas similares confiáveis.
A Ameaça Representada pelos Computadores Quânticos
Em 1994, o matemático Peter Shor desenvolveu um algoritmo quântico capaz de fatorar números inteiros de maneira exponencialmente mais rápida do que os métodos clássicos. O algoritmo de Shor pode fatorar um número de 2048 bits em horas, ou até minutos, em um computador quântico com qubits suficientes.
Exemplo prático: Para fatorar um número de 30 dígitos, um computador clássico pode levar dias. O algoritmo de Shor, em teoria, poderia resolver o mesmo problema em segundos. Quando aplicado a chaves de 2048 bits, a diferença é astronômica: de milhares de anos para horas.
Isso significa que, quando computadores quânticos práticos se tornarem realidade, grande parte da criptografia atual se tornará obsoleta. Dados que hoje são considerados seguros poderão ser descriptografados, inclusive retroativamente.
Para compreender os componentes que tornam isso possível, consulte o artigo O que é um Qubit?.
O QUE É CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA?
A criptografia quântica é um conjunto de protocolos que utilizam os princípios da mecânica quântica para garantir a segurança das comunicações. Diferentemente dos métodos clássicos, que se apoiam em suposições matemáticas, a criptografia quântica fundamenta-se em leis físicas comprovadas experimentalmente.
Os Pilares da Segurança Quântica
A segurança oferecida pela criptografia quântica assenta-se em dois fenômenos fundamentais:
O Teorema da Não-Clonagem: É impossível criar uma cópia perfeita de um estado quântico arbitrário. Qualquer tentativa de interceptar e duplicar uma mensagem quântica altera inevitavelmente o estado original.
O Colapso da Função de Onda: Quando um sistema quântico é medido, sua superposição colapsa para um estado definido. Esse processo é irreversível e deixa vestígios detectáveis.
Esses princípios permitem que dois interlocutores identifiquem se um terceiro está tentando interceptar sua comunicação. Ao menor sinal de interferência, a transmissão é interrompida.
Para uma compreensão mais detalhada desses fenômenos, consulte os artigos sobre colapso da função de onda e medição quântica.
Distribuição Quântica de Chaves
O principal objetivo da criptografia quântica é a distribuição quântica de chaves (Quantum Key Distribution, ou QKD). Em vez de transmitir a mensagem diretamente, os usuários utilizam a mecânica quântica para compartilhar uma chave secreta — uma sequência de 0s e 1s — que será empregada para criptografar e descriptografar a mensagem.
A vantagem do QKD é que qualquer tentativa de interceptação da chave é imediatamente detectável. Os usuários podem então descartar a chave comprometida e gerar uma nova, repetindo o processo até que a segurança seja garantida.
O PROTOCOLO BB84: A BASE DA DISTRIBUIÇÃO QUÂNTICA DE CHAVES
O protocolo BB84 é o primeiro e mais conhecido esquema de distribuição quântica de chaves. Foi desenvolvido por Charles Bennett e Gilles Brassard em 1984, e seu nome deriva da combinação das iniciais dos autores e do ano de publicação.
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| O protocolo BB84, proposto em 1984, é o primeiro sistema de distribuição quântica de chaves, utilizando fótons polarizados para transmitir chaves seguras. |
O Funcionamento do BB84
O BB84 utiliza fótons — partículas de luz — para transmitir a chave quântica. Cada fóton é preparado em um estado de polarização específico, que representa um bit de informação (0 ou 1). A polarização pode ser feita em diferentes bases, como a retilínea (vertical/horizontal) ou a diagonal (45°/135°).
O processo segue as seguintes etapas:
Preparação: Alice (a remetente) gera uma sequência aleatória de fótons, cada um polarizado em uma base escolhida também aleatoriamente. Ela registra a base utilizada e o bit correspondente para cada fóton.
Transmissão: Alice envia os fótons para Bob (o destinatário) através de um canal quântico, como uma fibra óptica.
Medição: Bob recebe os fótons e, para cada um, escolhe aleatoriamente uma base (retilínea ou diagonal) para realizar a medição. Ele registra o resultado obtido e a base utilizada.
Comparação de bases: Alice e Bob comunicam-se por um canal público clássico (como a internet) e compartilham quais bases utilizaram para cada fóton. Eles não revelam os resultados das medições, apenas as bases.
Filtragem: Ambos descartam os bits onde utilizaram bases diferentes. Os bits restantes — aqueles em que as bases coincidiram — formam a "chave bruta", que deve ser idêntica para Alice e Bob.
Verificação de segurança: Alice e Bob comparam publicamente uma pequena parte da chave. Se os valores coincidirem, eles assumem que não houve interceptação e utilizam o restante da chave para criptografar a mensagem. Se houver discrepâncias, isso indica a presença de um espião (Eve). A chave é descartada e o processo é reiniciado.
A Garantia de Segurança do BB84
A segurança do BB84 decorre do fato de que, para interceptar a comunicação, um espião precisa escolher uma base para medir cada fóton. Se a base escolhida for incorreta, o estado do fóton é alterado, e essa alteração será percebida quando Alice e Bob compararem os resultados.
O espião não pode "ouvir" sem deixar vestígios — o próprio ato de ouvir destrói a informação. Essa é a essência da segurança quântica.
Para uma visão mais aprofundada do comportamento dos fótons, consulte o artigo sobre dualidade onda-partícula.
ENTRELAÇAMENTO E CRIPTOGRAFIA: O PROTOCOLO E91
Em 1991, o físico Artur Ekert propôs um protocolo alternativo de distribuição quântica de chaves, baseado no fenômeno do entrelaçamento quântico. Conhecido como E91, esse método utiliza pares de fótons emaranhados em vez de fótons individuais.
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| O protocolo E91 (1991) utiliza fótons emaranhados para distribuição quântica de chaves, explorando correlações quânticas para garantir segurança. |
O Funcionamento do E91
O protocolo E91 opera da seguinte maneira:
Geração dos pares emaranhados: Uma fonte central produz pares de fótons em um estado quântico emaranhado (como o estado de Bell). Um fóton é enviado para Alice, e o outro para Bob.
Medições independentes: Alice e Bob medem seus respectivos fótons utilizando bases escolhidas aleatoriamente, de forma semelhante ao BB84.
Correlações quânticas: Devido ao emaranhamento, as medições de Alice e Bob estão correlacionadas. Se ambos escolherem a mesma base, os resultados são idênticos. Se um espião tentar interceptar um dos fótons, o emaranhamento é quebrado, e as correlações esperadas desaparecem.
Verificação: Alice e Bob comparam uma parte dos resultados para verificar se as correlações quânticas estão preservadas. Se estiverem, a chave é segura. Caso contrário, há evidência de interceptação.
A Vantagem do E91
O protocolo E91 oferece uma vantagem conceitual sobre o BB84: a segurança é garantida pelas correlações quânticas do emaranhamento, que são mais robustas contra certos tipos de ataques. No entanto, sua implementação prática é mais desafiadora, pois exige a geração e distribuição confiável de pares de fótons emaranhados.
O E91 também ilustra como o princípio da incerteza e as correlações quânticas trabalham em conjunto para assegurar a integridade da comunicação.
O TEOREMA DA NÃO-CLONAGEM: A GARANTIA DE SEGURANÇA
O teorema da não-clonagem, demonstrado por Wootters e Zurek em 1982, é o alicerce matemático sobre o qual repousa a criptografia quântica. O teorema afirma: não é possível produzir uma cópia idêntica de um estado quântico desconhecido.
Implicações Práticas do Teorema
Na criptografia clássica, um espião pode copiar os dados que trafegam pela rede sem ser detectado, uma vez que os bits podem ser replicados sem alteração. Na criptografia quântica, essa possibilidade está excluída.
Se um espião tentar copiar o estado quântico de um fóton para "ouvir" a comunicação sem ser percebido, ele inevitavelmente perturbará o estado original. Essa perturbação será identificada por Alice e Bob quando compararem os resultados.
Por que o Teorema é Fundamental
O teorema da não-clonagem assegura que qualquer tentativa de interceptação é detectável. Essa é a diferença essencial entre a criptografia quântica e a clássica:
Na criptografia clássica, a segurança é baseada na dificuldade computacional — na suposição de que o espião não tem recursos suficientes para quebrar o código.
Na criptografia quântica, a segurança é baseada em uma lei física fundamental — não é possível copiar um estado quântico sem alterá-lo.
Para uma discussão mais detalhada sobre o processo de medição, consulte o artigo sobre colapso da função de onda.
CRIPTOGRAFIA PÓS-QUÂNTICA VS. CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA
É importante distinguir dois conceitos frequentemente confundidos: a criptografia pós-quântica e a criptografia quântica.
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| Redes de comunicação quântica já conectam cidades e continentes, com satélites como o Micius (China) demonstrando distribuição de chaves em longas distâncias. |
Criptografia Pós-Quântica
A criptografia pós-quântica refere-se a algoritmos clássicos de criptografia que são projetados para resistir a ataques de computadores quânticos. Esses algoritmos não utilizam princípios quânticos; baseiam-se em problemas matemáticos que se acredita serem difíceis mesmo para computadores quânticos, como problemas relacionados a reticulados (lattices) ou códigos corretores de erros.
A criptografia pós-quântica é uma evolução da criptografia clássica, não uma revolução. Ela busca manter a segurança no cenário pós-quântico, mas sem abandonar os paradigmas atuais.
Criptografia Quântica
A criptografia quântica, por outro lado, é uma abordagem radicalmente diferente. Ela utiliza os princípios da mecânica quântica — superposição, emaranhamento, não-clonagem — para garantir a segurança. A segurança não depende da dificuldade de um problema matemático, mas das leis da física.
A criptografia quântica não substituirá a criptografia pós-quântica; ambas coexistirão, com a quântica sendo utilizada em situações de altíssimo risco e a pós-quântica na grande maioria das aplicações cotidianas.
A CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA NA PRÁTICA
A criptografia quântica já deixou os laboratórios e está sendo implementada em redes reais ao redor do mundo.
A Rede Quântica Chinesa
A China tem se destacado nos investimentos em comunicação quântica. Em 2016, o país lançou o satélite Micius, o primeiro satélite de comunicação quântica da história. O Micius demonstrou a distribuição quântica de chaves entre o satélite e estações terrestres, cobrindo distâncias superiores a 1.200 quilômetros.
Além disso, a China construiu uma rede terrestre de comunicação quântica entre Pequim e Xangai, com mais de 2.000 quilômetros de extensão. Essa rede é utilizada para proteger comunicações entre bancos, agências governamentais e instituições militares.
Iniciativas na Europa e nos Estados Unidos
A Europa está desenvolvendo a Quantum Internet, uma infraestrutura de comunicação quântica que conectará diferentes países. Projetos como a Quantum Internet Alliance reúnem universidades e empresas para desenvolver os componentes necessários.
Nos Estados Unidos, o Departamento de Energia está trabalhando em uma rede de comunicação quântica nacional, conectando laboratórios nacionais e universidades. O objetivo é criar uma infraestrutura que possa ser utilizada por pesquisadores e, futuramente, por aplicações comerciais.
Aplicações Comerciais
Algumas empresas já oferecem produtos de criptografia quântica no mercado:
ID Quantique (Suíça): Fornece sistemas de distribuição quântica de chaves para bancos e governos.
Toshiba: Desenvolve sistemas de comunicação quântica para aplicações comerciais.
QuantumCTek (China): Oferece sistemas de criptografia quântica para instituições financeiras.
Esses sistemas são empregados para proteger transações financeiras, dados governamentais e informações sensíveis em setores como saúde e energia.
QUANTUM HACKING: OS DESAFIOS DA IMPLEMENTAÇÃO
Embora a criptografia quântica seja teoricamente segura, as implementações práticas podem apresentar vulnerabilidades. O estudo dessas vulnerabilidades é conhecido como quantum hacking.
Ataques a Implementações
Os ataques mais comuns exploram as imperfeições dos equipamentos utilizados:
Ataques de fóton dividido: O espião divide o fóton original em dois, enviando uma parte para o destinatário e mantendo a outra para análise. Isso pode passar despercebido se o detector do destinatário não for sensível o suficiente para detectar a perda de energia.
Ataques de canal lateral: Exploram informações vazadas pelo equipamento, como consumo de energia, emissão de calor ou ruído eletromagnético.
Ataques de pulso de luz intensa: O espião envia pulsos de luz intensa que podem enganar os detectores, fazendo-os registrar um resultado quando nenhum fóton foi realmente recebido.
Como os Pesquisadores Respondem
A pesquisa em criptografia quântica não se limita ao desenvolvimento de protocolos teóricos; também envolve o aprimoramento dos equipamentos para torná-los mais robustos contra ataques práticos. Isso inclui:
Detectores mais sensíveis e precisos
Fontes de fótons mais confiáveis
Protocolos de segurança que detectam tentativas de ataque
O quantum hacking é um campo ativo de pesquisa, essencial para que a criptografia quântica se torne uma tecnologia confiável em larga escala.
O NIST E OS PADRÕES PÓS-QUÂNTICOS
O National Institute of Standards and Technology (NIST), dos Estados Unidos, é a principal instituição responsável por estabelecer padrões de criptografia em nível global. Desde 2016, o NIST lidera um processo de seleção de algoritmos pós-quânticos, com o objetivo de padronizar sistemas que sejam resistentes a ataques de computadores quânticos.
O Processo de Seleção do NIST
O NIST recebeu dezenas de propostas de algoritmos pós-quânticos de todo o mundo. Após múltiplas rodadas de análise, a instituição selecionou um conjunto de finalistas, que passaram por rigorosos testes de segurança e desempenho.
Em 2022, o NIST anunciou os primeiros algoritmos selecionados para padronização, incluindo:
CRYSTALS-Kyber: Para criptografia de chave pública
CRYSTALS-Dilithium: Para assinaturas digitais
FALCON: Outro algoritmo para assinaturas digitais
A padronização do NIST é um passo crucial para a adoção generalizada da criptografia pós-quântica, pois fornece um referencial confiável para governos, empresas e desenvolvedores.
A Relação com a Criptografia Quântica
Embora o foco do NIST seja a criptografia pós-quântica (algoritmos clássicos resistentes a quânticos), a instituição também acompanha o desenvolvimento da criptografia quântica propriamente dita. A expectativa é que ambos os tipos de criptografia coexistam no futuro, com a quântica sendo usada em aplicações de altíssima segurança.
Para uma visão geral do contexto em que essas tecnologias se inserem, consulte o artigo sobre a história da computação quântica.
PERGUNTAS FREQUENTES SOBRE CRIPTOGRAFIA QUÂNTICA
O que é criptografia quântica?
É um sistema de comunicação segura que utiliza os princípios da mecânica quântica (como o teorema da não-clonagem e o colapso da função de onda) para garantir que qualquer tentativa de interceptação seja detectada.
Como a criptografia quântica difere da criptografia clássica?
A criptografia clássica baseia-se em problemas matemáticos difíceis de resolver. A criptografia quântica baseia-se em leis físicas fundamentais, que são inerentes à natureza e não podem ser contornadas.
O que é o protocolo BB84?
É o primeiro protocolo de distribuição quântica de chaves, proposto por Bennett e Brassard em 1984. Utiliza fótons polarizados para transmitir chaves de forma segura.
O que é o protocolo E91?
É um protocolo de distribuição quântica de chaves baseado em fótons emaranhados, proposto por Artur Ekert em 1991. A segurança é garantida pelas correlações quânticas.
O que é o teorema da não-clonagem?
É um teorema da mecânica quântica que afirma que não é possível fazer uma cópia perfeita de um estado quântico arbitrário. Isso impede que um espião copie a informação sem ser detectado.
O que é criptografia pós-quântica?
São algoritmos clássicos de criptografia projetados para resistir a ataques de computadores quânticos. Diferentemente da criptografia quântica, ela não utiliza princípios quânticos.
A criptografia quântica já é utilizada na prática?
Sim. Sistemas comerciais de distribuição quântica de chaves já estão disponíveis, e redes de comunicação quântica estão em operação na China, na Europa e nos Estados Unidos.
A criptografia quântica é realmente inquebrável?
Teoricamente, a segurança baseada nas leis da física quântica é incondicional. No entanto, na prática, as implementações podem apresentar vulnerabilidades que podem ser exploradas. A segurança completa depende da combinação de protocolos robustos e equipamentos confiáveis.
Quais são os principais desafios da criptografia quântica?
Os desafios incluem o alcance limitado (atualmente cerca de 200 km), o alto custo dos equipamentos, a necessidade de infraestrutura especializada e as vulnerabilidades práticas das implementações.
O que o NIST tem a ver com criptografia quântica?
O NIST está padronizando algoritmos pós-quânticos (clássicos resistentes a quânticos) para preparar a transição para um cenário pós-quântico. Isso complementa os esforços em criptografia quântica propriamente dita.
O que é quantum hacking?
É o estudo de ataques práticos contra implementações de criptografia quântica. Esses ataques exploram imperfeições dos equipamentos, como detectores, fontes de fótons e sistemas de controle.
CONCLUSÃO
A criptografia quântica representa uma mudança fundamental na maneira como pensamos sobre segurança digital. Em vez de confiar em problemas matemáticos que podem ser resolvidos por computadores cada vez mais poderosos, ela confia nas leis da física quântica — leis universais, invariáveis e experimentalmente comprovadas.
O entrelaçamento quântico e o teorema da não-clonagem garantem que qualquer tentativa de interceptação seja detectada. A medição quântica não é um processo passivo — ela altera o que está sendo medido, revelando a presença de qualquer intruso.
O protocolo BB84 e o E91 estabelecem os fundamentos da distribuição quântica de chaves, permitindo que duas partes compartilhem uma chave secreta com segurança incondicional. Embora a tecnologia ainda enfrente desafios — alcance limitado, custos elevados, vulnerabilidades práticas — os avanços estão ocorrendo em ritmo acelerado.
A China já opera redes de comunicação quântica entre cidades e satélites. A Europa e os Estados Unidos estão desenvolvendo suas próprias infraestruturas. Empresas como ID Quantique, Toshiba e QuantumCTek já oferecem produtos comerciais.
O futuro da segurança digital será, muito provavelmente, híbrido: sistemas clássicos e pós-quânticos para a maioria das aplicações, e sistemas quânticos para as comunicações mais sensíveis. O NIST já está pavimentando o caminho com a padronização de algoritmos pós-quânticos, enquanto a criptografia quântica continua a evoluir.
A criptografia quântica nos lembra de algo fundamental: a segurança não é apenas sobre códigos e algoritmos — é sobre a própria estrutura da realidade. E a física quântica nos oferece uma ferramenta extraordinária para proteger nossa privacidade no mundo digital.
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📌 NOTA SOBRE A VELOCIDADE DA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA
A criptografia quântica e as tecnologias quânticas em geral evoluem em um ritmo sem precedentes. As informações sobre redes, satélites, protocolos e capacidades apresentadas neste artigo refletem o estado da arte até a data de sua publicação (junho de 2026).
Dados como extensão de redes (ex: os 2.000 km da rede Pequim-Xangai), marcos de satélites (ex: Micius) e o desenvolvimento de novos protocolos podem ter avançado desde então. Recomendamos aos leitores que consultem fontes oficiais e atualizadas para verificar os desdobramentos mais recentes da área.
A ciência e a tecnologia não param. Este artigo é um ponto de partida — não um ponto final — para sua jornada de descoberta sobre a criptografia quântica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bennett, Charles H.; Brassard, Gilles. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, v. 175, p. 8, 1984.
Ekert, Artur K. Quantum cryptography based on Bell's theorem. Physical Review Letters, v. 67, n. 6, p. 661-663, 1991.
Wootters, William K.; Zurek, Wojciech H. A single quantum cannot be cloned. Nature, v. 299, n. 5886, p. 802-803, 1982.
Shor, Peter W. Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring. Proceedings of the 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, p. 124-134, 1994.
Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, 2010.
Gisin, Nicolas; Ribordy, Grégoire; Tittel, Wolfgang; Zbinden, Hugo. Quantum cryptography. Reviews of Modern Physics, v. 74, n. 1, p. 145-195, 2002.
Scarani, Valerio; Bechmann-Pasquinucci, H.; Cerf, N. J.; Dušek, M.; Lütkenhaus, N.; Peev, M. The security of practical quantum key distribution. Reviews of Modern Physics, v. 81, n. 3, p. 1301-1350, 2009.
NIST (National Institute of Standards and Technology). Post-Quantum Cryptography Standardization.
ID Quantique. Quantum Key Distribution.
China's Quantum Satellite: Micius.
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