CRIPTOGRAFIA: Rede Quântica Transmite Segredo Inviolável

3 de outubro de 2008

Quem tem medo dos HACHERS?

Na próxima semana, em Viena, os cientistas e engenheiros europeus irão aplicar as bizarras leis da física quântica para o uso prático, no dia-a-dia. (Ver “Senhas e Criptografia Quântica”)

Os pesquisadores irão demonstrar uma rede de transmissão de mensagens codificadas com pacotes de luz de quânticos considerados invioláveis (uncrackable).

Alguns desses pesquisadores afirmam que essas redes quânticas poderão, em breve, servir de comunicação segura entre os bancos ou os escritórios governamentais.

“Este é um momento em que a pesquisa se transforma em tecnologia”, disse Chip Elliott, engenheiro de rede que trabalha na BBN Technologies, em Cambridge, Massachusetts, que há 5 anos atrás investiu na construção da rede DARPA, mais primitiva.

Ainda assim, ele adverte, “é muito cedo para dizer se existem clientes para isso.”

Sendo o resultado de 4 anos de trabalho e de 11,4 milhões de euros financiados pela União Européia, a rede irá conectar seis locais em toda a cidade através de oito ligações de fibra-óptica existentes, todas pertencentes à gigante industrial Siemens.

A Siemens distribuirá as “chaves” numéricas para a codificação das mensagens secretas.

Uma mensagem pode ser cifrada convertendo-a em uma seqüência de “zero” e “um” e cifrando esses bits compondo-os com uma chave, uma seqüência aleatória de 0s e 1s.

Se apenas o remetente, a Alice, e o receptor, o Bob, conhecem a chave, então só eles podem ler a mensagem.

O truque é transmitir a chave sem que seja vista pelo espião, o Eve.

A distribuição da chave quântica explora o fato de que é impossível medir a presença de um fóton sem alterar a energia do mesmo.

Por exemplo, Alice pode enviar fótons individuais para o Bob com a seguinte chave: os fótons polarizados horizontalmente representam o “zero” e aqueles polarizados verticalmente representam o “um”.

Graças à esquisitice quântica, ela também pode enviar fótons polarizados em ambos os sentidos, ao mesmo tempo e misturados àqueles da chave.

Se Eve tentar medir a luz das partículas, provocará um “colapso” dos fótons inicialmente bidirecionados: todos ficarão com a polarização vertical ou com a horizontal.

Bob e Alice podem detectar essa interferência de Eve comparando alguns bits escolhidos aleatoriamente.

Algumas empresas fazem sistemas quânticos para conectar dois usuários através de uma única ligação, enquanto o projeto Viena serpenteia seis sistemas díspares em uma rede automatizada.

“Você faz apenas uma ligação a um nó e pode se conectar a qualquer outro usuário”, informa Andreas Poppe, físico austríaco que trabalha no Centro de Pesquisa da Áustria, em Viena.

De fato, essa rede não será totalmente quântica, o que permitiria que Alice enviasse fótons para Bob através de qualquer quantidade de nós.

Isso, porém, exigiria os dispositivos chamados de “repetidores quânticos”, os quais ainda estão no futuro um tanto distante.

Na rede de Viena, cada usuário gera uma chave que é armazenada como 0s e 1s clássicos (não-quânticos) no nó em que ficará conectado.

Esses bits clássicos fluem de nó para nó, conforme for necessário, sendo quanticamente criptografados à medida que atravessam cada ligação.

“O que a nossa rede supõe é que você pode confiar em cada um dos nós intermediários”, diz Andrew Shields, físico da Toshiba Europa Research em Cambridge, Reino Unido.

Ninguém será convidado para tentar retalhar (hachear) a rede, claro.

Isso porque provavelmente os hackers vão preferir ignorar o sistema quântico e atacar as peças convencionais do sistema, o que não serviria de teste para o novo conceito, comenta Poppe.

Ainda assim, os pesquisadores esperam que a demonstração sinalize para a emergência das novas tecnologias, especialmente para as redes privadas.

Alguns especialistas estão céticos, como Ronald Rivest, engenheiro de computação no Massachusetts Institute of Technology, em Cambridge ao considerar “que o impacto sobre a atual prática de criptografia será, provavelmente, muito pequeno”.

As técnicas atuais, que não confiam no compartilhamento de chaves secretas, mas confiam nas manipulações matemáticas – as quais são praticamente impossíveis de retroceder – já funcionam muito bem, comenta Rivest, prevendo que o nicho para os sistemas de rede quântica será pequeno.

Os desenvolvedores da rede quântica estão com mais esperança, tal qual o físico Nicolas Gisin da Universidade de Genebra, na Suíça: “Acho que, em nossa escala de coisas, será um dia histórico”.

A pergunta que fica é: será que os tecnólogos e analistas do mercado também entenderão o projeto dessa mesma forma?

(Matéria publicada por Adrian Cho em Science 3 October 2008: Vol. 322, no. 5898)

REFRACAO NEGATIVA: de volta para o Futuro.

3 de outubro de 2008

As ondas refratam alterando o ângulo de propagação ao passarem de um meio físico para outro e o grau de refração depende da relação entre os índices de refração dos dois meios.

Na natureza, todos os materiais apresentam refração positiva.

Todavia, trabalhos recentes têm mostrado materiais novos feitos em laboratório, os metamateriais, que apresentam índice de refração negativo.(Ver “Manto da Invisibilidade”)

Uma das mais atrativas aplicações está na capacidade de manipular a radiação eletromagnética com esses materiais para produzir a lente perfeita e a invisibilidade perfeita.

No entanto, as limitações sobre a fabricação desses metamateriais inevitavelmente causam perdas, o que pode limitar severamente a sua execução.

Um trabalho teórico muito interessante foi publicado na revista Science de 03 de outubro de 2008 (volume 322, número 5898).

Associando processos de reversão do tempo com a refração negativa, J. B. Pendry discute uma rota alternativa que pode superar essas perdas limitadoras.

Em materiais oticamente ativos, ele explora as transições entre freqüências positivas e negativas – utilizando as propriedades óticas não-lineares corretas – e mostra como imitar a refração negativa, sem as perdas associadas com os metamateriais de refração negativa.

NANOTUBOS DE CARBONO: Condução Elétrica Estranha

1 de outubro de 2008

Os nanotubos de carbono feitos deliberadamente com muitos defeitos podem conduzir eletricidade em formas não-lineares muito estranhas, mas muito interessantes.

O desempenho elétrico e ótico dos nanotubos de carbono é fortemente afetado pelos defeitos estruturais.
Isso levou os pesquisadores a proporem nova estrutura de carbono, conhecida como nanotubos haeckelite (HNTs), que pode melhorar as propriedades eletrônicas.
Na Universidade de Lanzhou, China, Bingrui Li e sua equipe de trabalho executaram cálculos que demonstram que os HNTs podem apresentar alguns fenômenos de condução invulgares, incluindo a “resistência negativa“.

Os nanotubos Haeckelite são, em grande parte, compostos de defeitos do tipo Stone-Wales, no qual a estrutura de carbono habitualmente hexagonal, comuta para pentágonos e heptágonos (ver a figura).

Este tipo de defeito é responsável pela diminuição do intervalo de energia entre a banda de valência e a banda de condução dos nanotubos, levando ao comportamento de semicondutor ou até mesmo de condutor de eletricidade.

A equipe de Li simulou as propriedades eletrônicas de um pequeno segmento de HNT imprensado (feito sanduiche), tanto entre os eletrodos feitos de outros HNTs, como entre dois eletrodos de ouro.
A previsão teórica é que ambos os sistemas claramente apresentam comportamento metálico (são condutores elétricos).
No entanto a condução elétrica não apresentou comportamento linear (lei de Ohm) e, em alguns pontos, a previsão é que a corrente elétrica diminui enquanto a tensão aumenta, indicando o efeito de resistência negativa.
Os pesquisadores sugerem que a resistência negativa surge, nesse caso, porque as bandas de energia de condução dos eletrodos e da amostra não coincidem.
Este resultado implica que outras propriedades incomuns de transportes elétrico podem ser descobertas na eletrônica da nanoescala do carbono.

A informação mais completa você encontra no artigo:

Li, Y. F., Li, B. R. & Zhang, H. L. Ab initio investigations of the transport properties of Haeckelite nanotubes. J. Phys.: Condens. Matter 20, 415207 (2008).

SUPERCONDUTOR: Magnetismo Exótico

26 de setembro de 2008

A supercondutividade e o ordenamento magnético geralmente são considerados processos concorrentes, sendo os dois mutuamente exclusivos, ou vistos apenas em uma pequena região do diagrama de fase de materiais não homogêneos.

A liga CeCoIn5 (cerium, cobalto, indio) é um material extremamente limpo que pode ser preparado com alta qualidade cristalina.

Sendo um dos chamados supercondutores exóticos, exibe muitas propriedades similares aos mais complexos supercondutores de alta temperatura que utilizam materiais contendo cobre.

A equipe de Kenzelmann utilizou o espalhamento de nêutrons para sondar o ordenamento magnético nesse material a baixa temperatura e na presença de alto campo magnético.

Os resultados publicados mostram que encontraram provas de que o ordenamento magnético está estabilizado pelo comportamento de supercondução e coexiste com o mesmo.

Se ficou interessado por essa novidade, consulte:

M. Kenzelmann, Th. Strässle, C. Niedermayer, M. Sigrist, B. Padmanabhan, M. Zolliker, A. D. Bianchi, R. Movshovich, E. D. Bauer, J. L. Sarrao, J. D. Thompson, Coupled Superconducting and Magnetic Order in CeCoIn5, Science, vol. 321. no. 5896, 19 Setembro 2008.

CORRENTE ELÉTRICA: um olhar Atômico

25 de setembro de 2008

As propriedades magnéticas das nuvens atômicas ultra frias (Ver “Átomos Frios”) podem ser usadas como diminutas agulhas de bússolas para detectar pequenas mudanças no campo magnético: magnetometria de átomo frio.

Enquanto a corrente elétrica flui no interior de um fio condutor, o espalhamento dos elétrons é geralmente confinado à escalas de curto alcance e não seria necessariamente esperada qualquer ordenação de longo alcance.

No entanto a equipe de Aigner relata surpreendente descoberta usando a magnetometria de átomo frio para estudar o fluxo de corrente elétrica em fios de ouro policristalinos.

Identificaram flutuações de corrente elétrica ordenadas que ocorrem ao longo de todo o comprimento do fio, orientadas a 45° em relação ao fluxo de corrente.

Eles interpretam e modelam os padrões observados como decorrentes do espalhamento dos elétrons em torno de defeitos no interior do fio de ouro.

Toda a explicação se encontra no artigo:

S. Aigner, L. Della Pietra, Y. Japha, O. Entin-Wohlman, T. David, R. Salem, R. Folman,

J. Schmiedmayer, Long-Range Order in Electronic Transport Through Disordered Metal Films, Science, vol. 319, n. 5867, 29 fev 2008.

ESPECIAL: Large Hadron Collider

13 de setembro de 2008

Aproveite o link abaixo para conhecer melhor o Large Hadron Collider e o que se pretende obter com essa máquina fantástica.

Specials : Nature News

Todos os artigos são especiais e trazem muitas informações importantes sobre o LHC.

Comece pela explicação do funcionamento dessa máquina esquematizada no artigo “How the LHC works“.

Depois escolha outro artigo e viaje a vontade!

Large Hadron Collider – LHC

11 de setembro de 2008

Esta é a maior e a mais fantástica máquina construída pelo ser humano em todos os tempos!

São 27 quilômetros de túnel na forma de um anel construído a 100 metros de profundidade.
Os túneis por onde os prótons estão sendo acelerados são refrigerados a (-271) graus Celsius.
A experiência que está sendo realizada tem o objetivo de verificar se existem partículas menores – fundamentais – do que as conhecidas hoje: os quarks.
Como é realizada essa expeirência?
O LHC contém dois aneis concêntricos e em cada um deles está sendo acelerado um feixe de prótons, com cerca de 0,00000000047 gramas de massa.
Usando eletroímãs feitos com materiais supercondutores, o LHC pode acelerar os dois feixes de prótons, em sentidos opostos, até alcançar 99,9999991% da velocidade da luz.
Com essa velocidade, cerca de 7 teraeletronvolts (trilhões de eletronvolts) de energia, os dois feixes de protons serão colocados em rota de colisão.
De acordo com a teoria da Relatividade, massa e energia são equivalentes, por isso os pesquisadores esperam que nessa colisão sejam geradas muitas partículas super pesadas jamais vistas anteriormente.
Uma das partículas esperadas é o boson de Higgs, considerada como a mãe de todas as partículas com massa no modelo padrão da física de partículas.
Há espectativa por parte de outros modelos, como o da supersimetria, de que sejam detectadas as companheiras super pesadas das partículas fundamentais.
Diante de todos os desejos esperançosos, resta torcer para que realmente se consiga avançar no conhecimento do nosso universo.
Principalmente, que esse conhecimento não se torne a razão de domínio, mas de liberdade dos povos com mais saúde, alimentação e escola.

Olimpíada Internacional de Física: Brasileiro Conquista a Medalha de Prata

29 de agosto de 2008

Estudantes Brasileiros Conquistam Medalha Inédita e Menções em Olimpíada Internacional de Física.

A equipe Brasileira conquistou, na 39ª International Physics Olympiad (IPhO):

- uma Medalha de Prata inédita (Guilherme V. Alves da Costa – SP);

- uma Medalha de Bronze (Alex Atshushi Takeda – PR);

- duas Menções Honrosas (André Gentil G. Agostinho – PE e Rafael Parpinel Carvina – SP).

A IPhO ocorreu em julho último em Hanói, Vietnã, e dela participaram 381 estudantes de 82 paises.

Nossa equipe, selecionada e preparada pela Olimpíada Brasileira de Física (OBF) com a supervisão do Prof. Euclydes Marega (IFSC – USP/S.Carlos) e Coordenadores Estaduais, contou ainda com a participação do aluno Vitor Mori (SP).

O Brasil participou pela primeira vez da IPhO em 2000, quando não obteve premiação.

Desde então, a equipe de professores da OBF, responsável pela preparação dos estudantes, vem aprimorando sua forma de atuação e, em conseqüência, temos conquistado Medalhas de Bronze e Menções Honrosas, sendo, no entanto, a primeira vez que trouxemos Medalha de Prata.

Com essa conquista o Brasil ficou à frente de vários países da Europa e classificou-se como o melhor entre os paises latino-americanos.

Em seguida ficou Cuba, que tem uma longa tradição neste tipo de evento e que nesta IPhO conquistou uma Medalha de Bronze.

A OBF, como se sabe, é um programa da Sociedade Brasileira de Física (SBF), destinado aos estudantes do ensino médio e último ano do ensino fundamental, e que conta com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Os estudantes que formaram a equipe brasileira para a 39ª IPhO iniciaram sua maratona de estudos em 2006, na primeira série do ensino médio e tiveram as melhores classificações entre os 65.000 (sessenta e cinco mil) alunos que participaram da OBF2006.

Durante 2007 e o primeiro semestre de 2008 foram orientados por professores, participaram de estágio na USP e fizeram provas teóricas, experimentais e orais, até serem selecionados.

Além da preparação e seleção dos estudantes a OBF vem, em alguns estados, patrocinando Oficinas e Encontros de Professores para discussão do ensino de Física, e dando apoio aos estudantes de escolas públicas com acompanhamento e discussões sobre a Física em sala de aula bem como editando textos didáticos com problemas e soluções.

A OBF tem buscado, nestes nove anos de atuação, tornar-se um instrumento de diagnóstico do ensino de Física nos níveis médio e fundamental e mostrado ser um eficiente meio das Universidades, envolvidas com o Projeto, se aproximarem das escolas e professores desses níveis de ensino.

A participação na OBF tem crescido a cada ano: em 2007, foram 130.000 (cento e trinta mil) estudantes e este ano o número de inscritos ultrapassa os 300.000 (trezentos mil) em todo País.

Parabéns a nossa delegação, aos Colégios e Professores que apóiam a Olimpíada Brasileira de Física e dela participam, e a toda a equipe – Coordenadores Estaduais, Secretaria da OBF- que fez o acompanhamento e preparação dos estudantes.

A próxima Olimpíada Internacional de Física que o Brasil participará por intermédio da Olimpíada Brasileira de Física será a XIII Olimpíada Ibero-Americana de Física (OIbF) que acontecerá no México em final de setembro próximo.

A nova equipe já está formada e a ela desejamos sucesso.

José David M. Vianna – Presidente da Comissão da OBF – Sociedade Brasileira de Física.(david@ufba.br)

É doce morrer no mar…

28 de agosto de 2008

Dorival Caymmi, morreste…

deixando o mundo embalado com a tua música imortal!

Hoje faz 12 dias que isso aconteceu…

e já estás fazendo muita falta!

É doce morrer no mar (Dorival Caymmi)

É doce morrer no mar… nas ondas verdes do mar…

A noite que ele não veio foi, foi de tristeza pra mim.
Saveiro voltou sozinho, triste noite foi pra mim.

É doce morrer no mar… nas ondas verdes do mar…

Saveiro de noite partiu, foi… madrugada não voltou
O marinheiro bonito… sereia do mar levou.

É doce morrer no mar… nas ondas verdes do mar…

Nas ondas verdes do mar, meu bem,
Ele se foi afogar.
Fez sua cama de noivo no colo de Iemanjá

GRAFENO: Identificação Colorida

27 de agosto de 2008

Proveniente da grafite, o grafeno é um material constituído por uma única camada de átomos de carbono organizados em uma estrutura hexagonal, muito parecido com uma única lâmina bem fina dos casulos de mel da colméia.

O material se mostra promissor para várias aplicações, principalmente na eletrônica por causa da alta mobilidade dos elétrons.

Ao utilizar o grafeno, no entanto, é importante saber com quantas camadas você está lidando: se há uma ou mais camadas de grafeno amontoadas.

Na procura de uma solução, a equipe de Wencai Ren e Huiming Cheng da Academia Chinesa de Ciências, em Shenyang, delineou um método ótico para identificar (ou caracterizar) as amostras rapidamente – mesmo em grandes áreas de amostra – e sem danificar o material.

Os métodos óticos utilizados no passado para estudar o grafeno utilizavam luz monocromática, mas as imagens produzidas apresentavam uma variedade de tons que não são facilmente diferenciados sem uma análise mais aprofundada e, em consequência, mais dispendiosa.

O novo método dos pesquisadores utiliza uma gama de comprimentos de onda da luz visível produzindo imagens nas quais as diferentes cores associadas com a quantidade de camadas de grafeno, são facilmente distinguíveis pelo olho humano (foto).

As diferentes cores são produzidas pelas reflexões da luz de diferentes comprimentos de onda a partir das diferentes camadas do grafeno sobre o substrato.

Além disso, os pesquisadores descobriram que com uma ligeira diminuição do intervalo dos comprimentos de onda da luz incidente sobre o grafeno, eles conseguem aumentar esse contraste.

Os resultados deverão ajudar a identificar e preparar as amostras de grafeno ideais para as todas as aplicações.

Você se interressou pelo assunto? Consulte:
Gao, L., Ren, W., Li, F. & Cheng, H. M. Total color difference for rapid and accurate identification of graphene. ACS Nano doi: 10.1021/nn800307s (2008).