Sistema de segurança quântica promete blindar data centers de IA

O avanço explosivo da Inteligência Artificial (IA) trouxe à discussão um complexo problema para as empresas de tráfego de dados online: a falta de estrutura para abarcar a crescente demanda de data centers e servidores de dados — responsáveis por hospedar e operar websites e aplicativos que respondem aos milhões de pedidos e perguntas de usuários da Internet.

Neste cenário, pesquisadores têm buscado desenvolver alternativas para o futuro, com projetos cujo objetivo é transmitir dados com eficiência e segurança a longo prazo, de modo que o consumo de energia e água também seja reduzido com o desenvolvimento do setor.

E, segundo um estudo publicado na revista científica Advanced Photonics, pode ter surgido um caminho promissor. Pesquisadores chineses demonstraram uma arquitetura de transmissão óptica, que combina tráfego de dados clássicos em altíssima velocidade com distribuição de chaves quânticas (QKD) — tudo na mesma fibra multicore, mas em núcleos separados, evitando interferências.

O sistema demonstrado alcançou transmissão agregada de até 2 terabits por segundo, mantendo consumo e complexidade reduzidos.

Em termos mais simples, o sistema lida com os sinais clássicos (dados) e quânticos (QKD) de forma paralela dentro das fibras multicore, cuja composição conta com diversos canais separados em um único filamento. Esse sistema permite que diferentes tipos de sinais trafeguem em paralelo com interferência mínima.

Segundo os autores, a descoberta “abre caminho para a próxima geração de interconexões ópticas seguras, escaláveis e econômicas”, especialmente em um momento em que cientistas temem que computadores quânticos do futuro possam quebrar criptografias atuais e decifrar dados armazenados hoje.

“Nosso projeto visa proteger data centers orientados por IA contra ameaças de segurança quântica, ao mesmo tempo que atende às altas demandas de aplicações modernas orientadas a dados”, afirmam os pesquisadores no relatório exposto na Advanced Photonics.

Quais foram os resultados do experimento para segurança?

Os testes para a implementação do sistema foram realizados durante 24 horas, em condições de laboratório. Durante o período, os cerca de 3,5 quilômetros de fibra operaram com uma taxa agregada de 2 terabits por segundo de dados clássicos, com uma taxa média de chaves secretas criptografadas (QKD) de 205 kilobits por segundo.

De acordo com os cientistas, o teste gerou 1.440 chaves seguras e poderia ser capaz de proteger cerca de 21,6 petabits por segundo: para se ter ideia, com tal velocidade seria possível realizar o download de todo o catálogo da Netflix vinte vezes em apenas um segundo.

Os autores destacam que a arquitetura não criptografa petabits de dados por segundo, como pode parecer — o número apresentado no estudo corresponde à quantidade total de dados que poderia ser protegida pelas chaves geradas, não ao volume de tráfego criptografado literalmente pela QKD.

Na prática, as chaves servem para alimentar sistemas simétricos de alta velocidade (como AES), e não para criptografar diretamente grandes volumes de dados.

Ainda assim, os resultados demonstram que a tecnologia consegue fornecer chaves quânticas estáveis mesmo em presença de tráfego terabit/s, algo que até recentemente era considerado inviável devido ao ruído intenso provocado por lasers de alta potência.

A pesquisa chinesa não apenas resolve um gargalo nos requisitos de velocidade dos data centers, como também aumenta o nível de segurança na transmissão desses dados a partir da criptografia quântica. 

“Ao harmonizar a fotônica de ponta com a criptografia quântica, abrimos caminho para redes seguras, energeticamente eficientes e de altíssima capacidade, capazes de sustentar o crescimento exponencial das tecnologias orientadas a dados”, concluem os cientistas.

Novos desafios na área quântica: o que esperar no futuro?

A descoberta, que ainda carece de resultados mais aprofundados, surge em boa hora. Especialistas estimam que, até 2033, a transmissão global de dados deverá registrar um aumento de até 25% por ano. Assim, a atual infraestrutura e os projetos de expansão da indústria de data centers e servidores de dados não estarão prontos para uma demanda cada vez maior de suporte às inúmeras aplicações que lançam mão desta tecnologia.

Somente no Brasil, terceiro maior usuário do ChatGPT no mundo, o chatbot de IA recebe cerca de 140 milhões de mensagens por dia.

Cabe agora aos estudiosos, em conjunto com a sociedade civil, promover soluções para o custo ambiental da Inteligência Artificial. Além de consumir quantidades monumentais de energia, especialistas estimam que, nos próximos dois anos, os data centers impulsionados por IA poderão consumir entre 4,2 bilhões e 6,6 bilhões de metros cúbicos de água no resfriamento das máquinas responsáveis pelo processamento de dados.

Do mesmo modo, obras e escavações associadas a grandes complexos de data centers têm gerado preocupações ambientais e episódios documentados de aumento de sedimentos em bacias hidrográficas em regiões dos Estados Unidos, Alemanha e Reino Unido.