A ascensão da utilidade quântica no campo da computação quântica apresenta não apenas desafios, mas também oportunidades para aprimorar a segurança de redes. Esta mudança de paradigma nas capacidades computacionais permite o desenvolvimento de soluções avançadas para contrapor a rápida evolução dos ataques de rede. Aproveitando este avanço tecnológico, este trabalho apresenta o qIDS, um Sistema de Detecção de Intrusão (IDS) que integra de forma inovadora abordagens de computação quântica e clássica. O qIDS utiliza técnicas de Aprendizado de Máquina Quântico (QML) para aprender efetivamente os comportamentos da rede e identificar atividades maliciosas. Ao realizar avaliações experimentais abrangentes em conjuntos de dados públicos, evidenciou-se a competência do qIDS na detecção de ataques, destacando-se, tanto em tarefas de classificação binária quanto multiclasse. Nossos resultados revelam que o qIDS compete favoravelmente com métodos de Aprendizado de Máquina clássicos, destacando o potencial das soluções de cibersegurança aprimoradas por tecnologia quântica na era da utilidade quântica.

A Internet Quântica tem como objetivo possibilitar a comunicação quântica entre múltiplos pontos da rede, oferecendo aplicações como a distribuição quântica de chaves (QKD), computação quântica distribuída e as redes de entrelaçamento. No entanto, a tecnologia de comunicação quântica atual apresenta desafios significativos, com baixas taxas de geração de entrelaçamento (pares EPR), capacidade de memória quântica limitada e taxas de decoerência que frequentemente resultam em pares EPR inutilizáveis devido à baixa fidelidade. Isso representa um desafio significativo para tarefas como o roteamento. Neste artigo, é proposto o ReqRoute, um protocolo baseado em aprendizado por reforço para otimizar as decisões de roteamento em redes de entrelaçamento quântico. Demonstrou-se que o ReqRoute supera consistentemente métodos tradicionais, mantendo rotas de maior fidelidade em diversos cenários de configuração de rede.

À medida que a criptografia quântica avança, torna-se cada vez mais importante desenvolver métodos que aprimorem a utilização de recursos em redes de Distribuição Quântica de Chaves (QKD). Enfrentando o desafio de agendar e alocar eficientemente as requisições em redes QKD, este estudo propõe uma abordagem para redes QKD multiprotocolo usando estratégias de roteamento e agendamento conscientes de recursos. Nossa proposta foca em melhorar a eficiência no uso de chaves quânticas, rotas e requisições, enquanto suporta vários protocolos de comunicação quântica. Utilizando duas topologias de redes QKD reais, a proposta foi avaliada em dois cenários de aplicação, com diferentes distribuições de requisições de aplicações de autenticação e criptografia. Avaliou-se o impacto da capacidade de qubit e quantidade de requisições. Os resultados demonstram a viabilidade de nossa abordagem em diversos ambientes.

This paper presents the design and simulation of a Quantum Key Distribution (QKD) network tailored for the University Federal do Para (UFPA) ´ campus. By strategically placing QKD nodes, the network aims to cater to the communication needs of diverse research institutes. Simulation parameters, including inter-node distances and quantum key rates, were chosen to reflect realworld conditions. Simulation results demonstrate the viability of the proposed QKD network, showcasing its potential for high demand secure key exchange, and allowing security applications such as authentication and cryptography. This endeavor not only enhances campus communication security but also sets a precedent for implementing QKD networks in similar academic settings.

Communication between quantum devices has been advancing towards networks of complex topologies and long distances. However, intrinsic limitations of quantum signals mean that they cannot be replicated or amplified, making it difficult to adopt traditional routing techniques. Furthermore, the heterogeneity of technologies and different hardware implementations, and the lack of a well-defined Internet network stack model, open up several challenges to fully realize communication between quantum devices. Thus, this article presents the main challenges in the development of algorithms and routing protocols for quantum networks and discusses possible alternatives that are being developed