¿Una internet a prueba de hackers? El cifrado cuántico podría ser la clave.
Un equipo en China envía datos con átomos entrelazados, neutralizando amenazas de hardware de puerta trasera
Descifrar los códigos secretos que resguardan la información confidencial en internet requiere resolver problemas matemáticos que antes parecían imposibles. Pero crece la preocupación de que una potente computadora cuántica pueda resolverlos fácilmente, exponiendo información bancaria y secretos nacionales.
Afortunadamente, los físicos tienen una forma de combatir la cuántica con la cuántica: un protocolo de cifrado teóricamente infalible que se basa en la magia de las partículas cuánticas entrelazadas. El esquema, conocido como distribución de claves cuánticas independiente del dispositivo (DI-QKD), cierra las lagunas en los métodos existentes que dejaban el hardware vulnerable a la piratería. Ahora, un equipo en China ha demostrado la técnica a escala metropolitana, un avance que podría allanar el camino para una internet cuántica segura donde la confianza se dé por sentada.
«Este nuevo trabajo es un enorme logro tecnológico», afirma Renato Renner, físico de la ETH de Zúrich. «Está alcanzando un nivel en el que realmente será útil».
La mayor parte de la criptografía se basa en una maniobra sencilla: codificar un mensaje según un código secreto que requiere una clave especial para descifrarlo. El reto reside en garantizar que los adversarios no puedan descifrar dicha clave ni interceptarla durante su transmisión. Por ejemplo, las claves de un popular sistema de cifrado se basan en los factores primos de números grandes, cuyo descifrado requiere un esfuerzo enorme. Pero estos cálculos podrían ser un trabajo rápido para los grandes ordenadores cuánticos que algunas empresas prometen para finales de la década. «Eso es, básicamente, el futuro de la seguridad informática», afirma Grégoire Ribordy, director ejecutivo de ID Quantique, una empresa suiza de ciberseguridad cuántica.
Una solución alternativa es la QKD, en la que las claves se codifican en el estado cuántico de partículas como los fotones. Dado que los estados cuánticos son imposibles de copiar y se ven alterados por la medición, los intentos de espionaje son costosos y fáciles de detectar. ID Quantique ha implementado la QKD en redes cuánticas de cientos de kilómetros de longitud para proteger datos, como resultados de elecciones gubernamentales y transferencias bancarias. Pero incluso la QKD no es perfecta. A menos que el hardware utilizado para transferir partículas sea impecable, los ataques pueden infiltrarse .
DI-QKD elimina la necesidad de confiar en el hardware al emplear otra característica de la mecánica cuántica, el entrelazamiento, que correlaciona estrechamente las propiedades de partículas cuánticas muy separadas. El entrelazamiento es fundamentalmente monógamo: si dos partículas están entrelazadas al máximo, ninguna otra partícula puede unirse a la conexión. Si el emisor y el receptor entrelazan un par de partículas a través de la red, pueden realizar pruebas que confirman que las propiedades de las partículas están fuertemente correlacionadas, más allá del azar. Tras este «apretón de manos», pueden estar seguros de ser los únicos en el canal. Posteriormente, otras mediciones de las partículas entrelazadas pueden establecer una clave, que puede compartirse con la seguridad de que nadie podrá descifrarla.
“Eso no es algo que vaya a romperse en 5, 10 o 50 años”, dice Tracy Northup, física de la Universidad de Innsbruck. “En lugar de jugar a este curioso juego del gato y el ratón… tenemos una forma imposible de hacer trampa”.
En 2022, un equipo del Reino Unido logró crear y compartir una clave DI-QKD utilizando dos iones separados que se entrelazaron y atraparon con láseres . Sin embargo, solo pudieron hacerlo durante unos 2 metros antes de que la conexión se interrumpiera. Ahora, Jian-Wei Pan y sus colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han extendido esto a distancias prácticamente útiles. Tras recopilar datos durante 26 días, demostraron que contaban con las estadísticas necesarias para establecer y compartir una clave a lo largo de 11 kilómetros , según informan hoy en Science . Los investigadores también demostraron que, en teoría —y con un plazo de recopilación de datos de unos 23 años—, podrían haber enviado una clave a lo largo de 100 kilómetros.
“Para mí, esto es un verdadero punto de inflexión, porque ahora tenemos la prueba de principio de que esto funciona”, dice Renner, quien participó en el experimento del Reino Unido. “Desde la perspectiva teórica, la mayoría de las preguntas que tenía en mente están prácticamente resueltas”. Ahora está estudiando otras cosas, como los agujeros negros.
Los investigadores visualizan una internet cuántica ultrasegura donde la confianza se da por sentada. Panorama Images/Istock
Unas cuantas mejoras de ingeniería permitieron el salto. En cada extremo de una línea de fibra óptica enrollada, los investigadores atraparon un átomo de rubidio y lo estabilizaron mediante láseres. Luego, indujeron a los átomos a emitir fotones individuales, que los entrelazaron. Finalmente, los investigadores cambiaron la longitud de onda de los fotones a una banda de telecomunicaciones que podía viajar a mayor distancia por la fibra. «Después de tantos años de esfuerzo… ya no es una idea teórica», dice Pan. «Estamos muy contentos».
Ribordy advierte que la DI-QKD sigue siendo compleja y costosa, y que su aplicación práctica está al menos a una década de distancia. «Hay una enorme diferencia entre una demostración de laboratorio y un producto», afirma.
Sin embargo, Northup afirma que este avance es un paso crucial hacia su visión de una internet cuántica global . Trabaja en el desarrollo del análogo cuántico de un extensor de señal, o «repetidor», que, en teoría, podría conectar en cadena estas conexiones DI-QKD a miles de kilómetros. Mientras tanto, el grupo de Pan planea explorar maneras de realizar DI-QKD utilizando satélites espaciales .
El internet cuántico promete un mundo donde nadie tendrá que depender de la buena fe para generar confianza, afirma Northup. «Lo veo como una forma de aprovechar estos aspectos fundamentales de la física cuántica para mejorar nuestras vidas».
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