Transmiten una comunicación cuántica a 144 kilómetros de distancia

El nuevo record nos acerca a una red mundial de comunicación basada en la criptografía cuántica

Un equipo de científicos europeos ha logrado batir el record en comunicación cuántica al conseguir unir mediante este tipo de transmisión los 144 kilómetros que separan dos puntos de las islas canarias de Tenerife y La Palma. El anterior record estaba en sólo 23 kilómetros. Esta nueva “marca” es un paso más hacia la utilización de la criptografía cuántica para proporcionar comunicaciones imposibles de “pinchar” o espiar y tendrá aplicaciones en breve en la transmisión de información totalmente segura entre satélites o de satélites a centros de comunicación de cualquier parte del mundo. Por Paul D. Morales.

Científicos europeos han conseguido transmitir una comunicación cuántica por el aire entre dos puntos situados a 144 kilómetros, la distancia que separa la isla canaria de La Palma y la de Tenerife. Este record nos acerca a la posibilidad de establecer una red mundial de comunicaciones cuánticas.

Las conclusiones de este estudio, que habían sido presentadas en marzo pasado, han sido publicadas ahora en la revista Nature Physics, sobre las que la Agencia Espacial Europea ha difundido esta semana un comunicado.

El equipo, formado por científicos de Austria, Alemania, Australia, Italia, Holanda, España y Reino Unido ha usado principios de la mecánica cuántica para crear una clave de encriptación en dos sitios diferentes simultáneamente. Un punto estaba en la isla de la Palma, situado a 2.392 metros sobre el nivel del mar, y el otro (el emisor) estaba en uno de los telescopios que la Agencia Espacial Europea tiene en Tenerife. La distancia total recorrida fue de 144 kilómetros.

Como ya informábamos en un anterior artículo, el record de transmisión de una comunicación cuántica a través del aire fue establecido en el año 2002 en 23 kilómetros.

La criptografía cuántica permite enviar mensajes de un punto a otro del espacio sin que nadie pueda interceptarlos, ya que cualquier observación del mensaje altera el estado de sus partículas y delata al intruso.

Esto se consigue enviando el mensaje digital sobre un haz de luz polarizada y alternando la dirección de su polarización. Debido a que los impulsos de luz pueden tener diferentes polarizaciones, podemos enviar un mensaje digital a lo largo de un rayo de luz.

Alta seguridad

Este sistema de comunicación es altamente seguro porque es imposible saber con certeza el estado de polarización en que se ha creado un fotón determinado. Si hay un intento de interceptar el mensaje el estado cuántico de los fotones se ve alterado inmediatamente.

Para crear la clave de encriptación, el equipo tuvo que crear en primer lugar pares de fotones entrelazados. Esto significa que lo que le ocurra a un fotón tendrá repercusiones inmediatas en el otro. Así, al medir cualquier propiedad cuántica de uno de los fotones, la misma propiedad cambiará automáticamente en el fotón con el que está entrelazado, sin importar la distancia que les separe.

Los investigadores fabricaron el par de fotones lanzando un potente haz de luz a través de un cristal. Por cada fotón que atravesaba el cristal salían dos ya entrelazados. Para llevar a cabo la prueba, hicieron rebotar uno de los dos fotones intrincados mediante un espejo y lo dirigieron a un detector de luz situado en La Palma. El otro fotón fue enviado mediante una lente a través del agua, donde uno de los telescopios de la ESA en Tenerife lo captó y lo envió a su vez a un segundo detector de luz.

Después midieron la polarización (es decir, si la polarización del fotón había sido vertical u horizontal) de fotones intrincados cuando habían llegado al punto de destino.

Preguntar a los fotones

Cada vez que los detectores situados en ambas islas registraban un fotón medían su polarización y ésta era contabilizada con un bit. Un fotón polarizado en una dirección era un “1” y otro polarizado en la dirección contraria era registrado como un “0”. Al superponerse ambos bits, es decir los “1” y los “0”, se crea la clave de encriptación.

Es imposible robar esa clave, ya que cualquier medición llevada a cabo sobre uno de los fotones cambiaría inmediatamente las propiedades de la mecánica cuántica del otro. Por otro lado, la criptografía cuántica actual se basa en la imposibilidad de saber con certeza el estado de polarización en que se ha creado un fotón determinado.

Básicamente, lo que hicieron los científicos fue “preguntar” a cada fotón si se había polarizado vertical y horizontalmente. En todos los casos la respuesta fue aleatoria, pero debido a que los fotones estaban intrincados, la “respuesta” de ambos coincidía. Es decir, si el detector de la isla de la Palma registraba un “1”, el de Tenerife registraba también un “1”.

La esperanza de este grupo de investigadores, que forman parte de un consorcio europeo llamado SECOQC, es mejorar los láser y los detectores lo suficiente como para que estas claves encriptadas puedan ser enviadas desde cualquier punto de la Tierra. La mayor parte de los satélites que orbitan nuestro planeta lo hacen a una distancia de entre 300 y 500 kilómetros, por lo que consideran que este objetivo está cada vez más cerca.

Fuente: TENDENCIAS INFORMATICAS.

Un fenómeno cuántico abre la vía a las redes de teleportación

E l mundo cuántico es misterioso y nada intuitivo, y suele sorprender a quienes investigan en él. Es lo que les ha pasado a tres investigadores en redes cuánticas, dos de ellos en España y otro, Ignacio Cirac, del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, en Garching (Alemania).

Construir redes cuánticas es muy complejo y aún no existen físicamente, ni siquiera de forma experimental, pero los investigadores aseguran que serán la base de la comunicación cuántica del futuro. Así que han empezado a trabajar con ellas en modelos de ordenador. Y han descubierto un inesperado fenómeno nuevo y que constituye una buena noticia: "En el mundo cuántico es posible establecer conexiones perfectas a grandes distancias a partir de conexiones imperfectas", afirman los investigadores. Su trabajo se ha publicado en la versión digital de Nature Physics.

La telecomunicación cuántica se basa en el fenómeno del entrelazamiento entre partículas, por ejemplo entre fotones. El entrelazamiento permite que una partícula permanezca en cierto modo unida o, técnicamente, correlacionada a otra, a pesar de encontrarse lejos de ella; de esta forma, cuando se produce un cambio en una de las partículas también se produce en la otra. Así, las propiedades de una partícula se teleportan de modo instantáneo a la otra. En una red cuántica, los nodos de la red compartirían parejas de partículas relacionadas. "Por desgracia, establecer correlaciones perfectas incluso a distancias cortas es un desafío formidable. En los experimentos sólo podemos hacer correlaciones imperfectas", afirman Antonio Acín, español, y su colega polaco Maciej Lewenstein, ambos profesores ICREA en el Instituto de Ciencias Fotónicas, en Barcelona.

Pero los investigadores observaron que en las redes cuánticas simuladas aparecía un fenómeno muy habitual en el mundo macroscópico llamado percolación. En el mundo a escalas humanas, el cotidiano, la percolación es responsable de que, por ejemplo, un incendio acabe propagándose a pesar de que sus focos están lejos entre sí. Por encima de un cierto grado de conexión entre los focos, aunque esta conexión sea pobre, el fuego acabará propagándose y será difícil de parar.

Los investigadores observaron que en las redes cuánticas pasa igual: aunque las correlaciones sean imperfectas, una vez superado un nivel mínimo de imperfección la correlación perfecta a larga distancia es posible.

Lo que más les sorprendió fue el darse cuenta no sólo de que había percolación cuántica, sino de que ésta podía ser mucho más eficaz que la clásica; es decir, podía tolerar un grado de imperfecciones mucho mayor que la percolación del macromundo. De hecho, el trabajo que ahora se publica muestra con qué protocolos de red es posible mejorar la capacidad de percolación de la red.

¿Cómo se consigue esto? La clave, explican los autores, es el concepto de que en comunicación cuántica las partículas se comportan también como ondas, y en las ondas se producen interferencias que pueden ser destructivas -que impiden la comunicación- o constructivas. El truco está en hacer la red de forma que las interferencias sean constructivas.

Nadie hasta ahora había observado el fenómeno de la percolación cuántica porque las investigaciones se habían centrado en las conexiones lineales, el equivalente a una conexión punto a punto, no en redes. "Éste es el primer trabajo que muestra lo que ocurre con las redes. Estamos abriendo una nueva vía en la que seguro que hay muchas cosas por descubrir", dice Acín.

El hallazgo tiene consecuencias prácticas: "Si en una red cuántica se establecen conexiones imperfectas en distancias cortas, es probable que se pueda, con la ayuda de métodos clásicos de comunicación como teléfonos o conexiones normales entre ordenadores, establecer correlaciones cuánticas perfectas en distancias largas", afirman los autores. Las conexiones normales, como el teléfono, servirían para hacer el protocolo que mejora la percolación de la red cuántica.

El año que viene ya hay planeado un primer experimento con redes cuánticas en Viena, a través del proyecto europeo SECOQC, en el que se intentará crear una red cuántica con los nodos situados a pocos kilómetros de distancia.

Fuente: El Pais.