Allanar el camino para unas redes de comunicación cuántica seguras
La aparición de los ordenadores cuánticos vulnera cada vez más los métodos de cifrado convencionales. Para que las comunicaciones sean seguras, hay que sustituirlos por la distribución de clave cuántica (QKD), una tecnología que protege la información transmitida contra los ataques de fisgones. La QKD aprovecha las propiedades de la física cuántica para asegurar la transmisión de datos, pero las limitaciones de las fuentes de luz cuántica existentes han dificultado la creación de redes de gran tamaño. Un equipo de científicos alemanes, financiado en parte por los proyectos MiNet y Qurope y por el Programa Europeo de Metrología para la Investigación y la Innovación, ha llevado a cabo el primer experimento interurbano de QKD con una fuente monofotónica determinista. Lo describe en su estudio publicado en la revista «Light: Science & Applications», con este logro se revolucionará la forma en que nuestra información confidencial se protege de las ciberamenazas. «Trabajamos con puntos cuánticos, que son estructuras diminutas similares a los átomos pero adaptadas a nuestras necesidades», explica el autor principal del estudio, el catedrático Fei Ding, coordinador del proyecto MiNet en la Universidad Leibniz de Hannover (LUH), en un artículo de «Newswise». «Por primera vez, utilizamos estos "átomos artificiales" en un experimento de comunicación cuántica entre dos ciudades diferentes. Esta instalación, conocida como "Niedersachsen Quantum Link", conecta Hannover y Braunschweig por fibra óptica».
De Alice a Bob
El experimento se llevó a cabo en el estado federal alemán de Baja Sajonia, con una fibra de 79 km de longitud que conecta la LUH de Hannover y el instituto nacional de metrología de Alemania, el Instituto Federal Físico-Técnico (Physikalisch-Technische Bundesanstalt o PTB), en Braunschweig. El transmisor Alice, situado en la LUH, prepara estáticamente fotones individuales codificados en polarización. El receptor Bob, situado en el PTB, contenía un descodificador de polarización pasivo para descifrar los estados de polarización de los fotones individuales recibidos que llegaban a través de los canales cuánticos basados en fibra. «Los dispositivos de puntos cuánticos emiten fotones individuales, que controlamos y enviamos a Braunschweig para su medición. Este proceso es fundamental para la distribución de clave cuántica», señala Ding. El resultado fue una transmisión de claves secretas estable y rápida. Los investigadores comprobaron en primer lugar que se podían alcanzar tasas de clave secreta (SKR, por sus siglas en inglés) positivas para distancias de hasta 144 km correspondientes a una pérdida de 28,11 dB en el laboratorio. El enlace de fibra desplegado garantizó una transmisión de claves secretas a alta velocidad con una baja tasa de errores de bits cuánticos durante 35 horas. El doctor Jingzhong Yang, autor principal del estudio, miembro de la LUH, explica: «El análisis comparativo con los sistemas de QKD existentes que implican una fuente monofotónica revela que la SKR lograda en este trabajo va más allá de todas las implementaciones actuales basadas en una fuente monofotónica. Incluso sin una mayor optimización del rendimiento de la fuente y la configuración, se aproxima a los niveles alcanzados por los protocolos de QKD de estado señuelo establecidos basados en pulsos coherentes débiles». El resultado de la investigación demuestra que es posible integrar a la perfección semiconductores de fuentes monofotónicas en redes de comunicación cuántica realistas, a gran escala y de alta capacidad. «Hace algunos años, apenas soñábamos con utilizar puntos cuánticos en escenarios de comunicación cuántica del mundo real», comenta Ding. «Hoy estamos encantados de demostrar su potencial para muchos más experimentos y aplicaciones fascinantes en el futuro, avanzando hacia un "internet cuántico"». El proyecto Qurope (Quantum Repeaters using On-demand Photonic Entanglement) finalizó en febrero de 2024. MiNet (Large-scale multipartite entanglement on a quantum metrology network) finaliza en 2027. Para más información, consulte: Proyecto MiNet Página web del proyecto Qurope
Palabras clave
MiNet, Qurope, cuántica, comunicación cuántica, punto cuántico, distribución de clave cuántica, fuente monofotónica, ciberamenaza, fotón