Satélite chino utiliza criptografía cuántica para videoconferencia segura entre continentes

La criptografía cuántica permite una comunicación que está garantizada como segura, gracias a las leyes de la física. Y cada vez es más importante.

Los físicos saben desde hace mucho tiempo que las computadoras cuánticas podrán descifrar casi todos los demás tipos de criptografía. Dado que estos dispositivos son cada vez más capaces, la escritura está en la pared para el cifrado convencional. Por lo tanto, las empresas comerciales, los gobiernos y las fuerzas armadas esperan con gran expectación que se desarrollen sistemas prácticos de criptografía cuántica.

Pero hay un problema. La criptografía cuántica se basa en fotones individuales para transportar información cuántica. Pero incluso las mejores fibras ópticas pueden transportar estos fotones solo hasta cierto punto, alrededor de 200 kilómetros, antes de que la absorción de luz haga que el proceso sea imposible. Entonces, la criptografía cuántica nunca ha funcionado en distancias mucho más largas.

Hoy eso cambia, gracias a un extraordinario satélite chino lanzado en 2016. El satélite Micius ha acumulado una serie de hitos en el año desde que comenzó a operar. El verano pasado, teletransportó el primer objeto desde la Tierra a la órbita: un solo fotón.

Ahora, el satélite ha establecido el primer servicio de criptografía cuántica intercontinental. Los investigadores han probado el sistema estableciendo una videoconferencia segura entre Europa y China. Por primera vez, la seguridad de esta videoconferencia estuvo garantizada por las leyes de la física.

El método es sencillo. La criptografía cuántica se basa en lo que se llama un bloc de notas de un solo uso para garantizar la privacidad. Este es un conjunto de números aleatorios, una clave, que dos partes pueden usar para codificar y decodificar un mensaje.

Tradicionalmente, el problema con las libretas de un solo uso es asegurarse de que solo el transmisor y el receptor las tengan. ¿Cómo pueden ambas partes estar seguras de que ningún intruso ha copiado la clave mientras se distribuye?

Este problema se resuelve perfectamente enviando la clave utilizando partículas cuánticas como fotones, ya que siempre es posible saber si una partícula cuántica se ha observado previamente. Si es así, se abandona la clave y se envía otra hasta que ambas partes estén seguras de que están en posesión de un bloc de notas de un solo uso no observado.

Esa es la distribución de claves cuánticas, el proceso crucial en el corazón de la criptografía cuántica. Una vez que ambas partes tienen la clave, el bloc de notas de un solo uso, pueden comunicarse a través de canales clásicos ordinarios con perfecta seguridad.

El satélite Micius simplemente distribuye esta clave desde la órbita. Debido a que se encuentra en una órbita sincrónica solar sobre los polos, el satélite pasa sobre cada parte de la superficie de la Tierra aproximadamente a la misma hora local todos los días.

Entonces, cuando el satélite está sobre la estación terrestre china en Xinglong, en la provincia de Hebei, en el norte de China, envía el pad de una sola vez al suelo, codificado en fotones individuales utilizando un protocolo bien establecido. A medida que la Tierra gira debajo del satélite y la estación terrestre en Graz, Austria, aparece a la vista, Micius envía el mismo bloc de notas de una sola vez al receptor allí.

Las dos ubicaciones poseen la misma clave que les permite iniciar una comunicación completamente segura a través de un enlace clásico.

Sin embargo, el experimento va un paso más allá. El objetivo era establecer una videoconferencia entre la Academia de Ciencias de China en Beijing y la Academia de Ciencias de Austria en Viena, por lo que la clave debe distribuirse de forma segura en ambos lugares. Y para eso, los equipos utilizan comunicación cuántica basada en tierra a través de fibras ópticas.

Finalmente, configuraron un enlace de video protegido por el Estándar de cifrado avanzado (AES) que se actualiza cada segundo con códigos semilla de 128 bits. En septiembre realizaron una videoconferencia pionera que duró 75 minutos con una transmisión total de datos de aproximadamente dos gigabytes.

Hemos demostrado la comunicación cuántica intercontinental entre múltiples ubicaciones en la Tierra con una separación máxima de 7600 kilómetros, dicen los equipos, que están dirigidos por Anton Zeilinger en la Universidad de Viena y por Jian-Wei Pan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei, China.

Hay algunas debilidades potenciales en el sistema para trabajar en el futuro. Quizás lo más significativo es que el satélite se considera seguro durante el tiempo que lleva conectar las dos estaciones terrestres. Eso bien puede ser cierto, ¿quién podría piratear un satélite en órbita?, pero esta seguridad no está garantizada por las leyes de la física. Sin embargo, los equipos dicen que esto se puede abordar en futuros diseños con un relé cuántico de extremo a extremo.

Cualesquiera que sean las deficiencias, este es un trabajo impresionante. Es una demostración de prueba de principio de comunicación segura a escala global. Nuestro trabajo apunta hacia una solución eficiente para una red cuántica global de ultra larga distancia, sentando las bases para una futura Internet cuántica, dicen Zeilinger, Jian-Wei y sus colegas.

Muchos gobiernos, operadores militares y empresas comerciales están ansiosos por una capacidad similar. Así que seguramente no pasará mucho tiempo antes de que las versiones comerciales del satélite Micius vendan este tipo de comunicación segura en todo el mundo. Con China a la cabeza.

Ref: arxiv.org/abs/1801.04418 : Red cuántica intercontinental retransmitida por satélite

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