Carlos Sabín
Investigador Ramón y Cajal en el departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)
En una red de comunicaciones cuánticas futura, un ordenador cuántico suficientemente grande y fiable (muy alejado de los que tenemos ahora mismo) podría romper las claves criptográficas que se usan para proteger nuestros datos y operaciones. La solución es usar nuevas claves criptográficas basadas en las propiedades de la física cuántica. Estas nuevas claves también son vulnerables a ciertos tipos de ataques, pero una manera particularmente segura de generarlas es hacer que el receptor y el emisor compartan un sistema cuántico con la célebre propiedad del entrelazamiento cuántico. Los ataques destruirían el entrelazamiento y esto sería fácilmente detectable midiendo las llamadas desigualdades de Bell. Este es el principio con el que funciona la distribución cuántica de claves independiente del dispositivo (DI-QKD, por sus siglas en inglés). Si de verdad queremos que tenga una aplicación práctica en una red de comunicaciones futura, debemos ser capaces de hacer DI-QKD entre nodos de la red que estén separados por distancias suficientemente grandes.
En este artículo de Science los investigadores consiguen hacer DI-QKD entre partes separadas por distancias de entre 10 y 100 kilómetros. Los sistemas cuánticos que se entrelazan son átomos neutros de rubidio.
El método para entrelazarlos fue propuesto, entre otros, por Ignacio Cirac en 2001 y consiste en detectar la luz emitida a mitad de camino entre los átomos. Como esa luz puede provenir de cualquiera de los dos átomos indistintamente, las reglas de la física cuántica nos dicen que, al medir un fotón de luz, los átomos pasan a estar entrelazados. Aunque en este experimento los átomos no están realmente separados por decenas de kilómetros, ya que están en el mismo laboratorio, la distancia se simula haciendo circular la luz por cables enrollados de fibra óptica de esas longitudes.
El entrelazamiento cuántico es una propiedad muy frágil: a medida que la luz viaja por la fibra, las pequeñas pérdidas se van acumulando y el entrelazamiento generado es de peor calidad, lo que se traduce en tasas de error más grandes en las claves criptográficas generadas. Los resultados del experimento muestran que los errores en la clave van desde el 3% cuando la distancia es 11 kilómetros hasta más del 7 % para 100 kilómetros. Por tanto, aunque se trata de un paso importante en la buena dirección, todavía estaríamos muy lejos de poder realizar una distribución cuántica de claves completamente segura y libre de errores a una escala de distancias entre ciudades.