Gracias a las leyes de la física, la criptografía cuántica garantiza las comunicaciones seguras. Se trata de una tecnología que está ganando cada vez más importancia (ver La física cuántica ya permite enviar mensajes de forma 100% segura).

Los físicos saben desde hace tiempo que los ordenadores cuánticos doblegarán prácticamente todos los sistemas de criptografía (ver La NSA alerta de que no hay tecnología para controlar los ordenadores cuánticos). Dado que estos dispositivos son cada vez más capaces, los sistemas de encriptación convencionales tienen los días contados. Así que empresas, gobiernos y hasta las fuerzas armadas esperan ansiosos la llegada de sistemas de criptografía cuántica útiles.

Pero hay un problema. La criptografía cuántica depende de fotones individuales para transportar la información cuántica. Pero incluso las mejores fibras ópticas tienen problemas para transportar estos fotones a largas distancias. Su máximo está en alrededor de 200 kilómetros, a partir de ahí, la absorción de la luz hace que el proceso resulte imposible. Por eso, la criptografía cuántica nunca ha funcionado en distancias mayores.

Esta limitación se ha terminado gracias a un extraordinario satélite chino lanzado en 2016. En el año en el que el satélite Micius ha estado en funcionamiento, ha conseguido una serie de hitos importantes. El verano pasado, logró teletransportar el primer objeto desde la Tierra a la órbita: un fotón individual (ver Un fotón se teletransporta desde la Tierra al espacio por primera vez).

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

El método es sencillo. Para garantizar la privacidad, la criptografía cuántica depende de un tipo de algoritmo de cifrado conocido como libreta de un solo uso. Se trata de un conjunto de números aleatorios, una clave, que pueden usar las dos partes, emisor y receptor, para codificar y decodificar un mensaje.

El problema más habitual con las libretas de un solo uso consiste en garantizar que sólo esté en manos del receptor y el emisor. Esto se debe a que cuando la libreta se envía de uno a otro, un espía podría interceptarla y hacerse una copia sin ser detectado. Para solucionarlo, es necesario enviar la clave en forma de partículas cuánticas como fotones, ya que siempre es posible determinar si una partícula cuántica ha sido observada previamente. Así que si se descubre que alguien no autorizado ha accedido a la clave, sólo hay que sustituirla por otra hasta que ambas partes estén seguras de que nadie más tiene acceso a ella.

La distribución de claves cuánticas es el proceso crucial en el corazón de la criptografía cuántica. Después de que ambas partes tengan la clave, es decir la libreta de un solo uso, ya pueden comunicarse a través de canales clásicos ordinarios con una seguridad perfecta.

Lo que hace el satélite Micius es, básicamente, distribuir esta clave pero desde la órbita. Dado que su órbita es sincrónica a la del Sol sobre los polos, el satélite pasa sobre cada parte de la superficie de la Tierra aproximadamente a la misma hora cada día.

Cuando el satélite sobrevuela la estación terrestre de Xinglong (China) le envía una clave, codificada en fotones individuales. A medida que la Tierra gira debajo del satélite, este se posiciona sobre la estación terrestre de Graz (Austria). En ese momento, Micius envía la misma clave al receptor austriaco, lo que les permite comunicarse de forma completamente segura a través de un canal clásico.

Pero 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 ambos centros también necesitaban la clave. En esta ocasión, la libreta de un solo uso se envió por tierra a través de un cable de fibra óptica. Finalmente, configuraron un enlace de vídeo asegurado por Advanced Encryption Standard (AES) que se actualiza cada segundo mediante una unidad de cifrado de por bloques de 128 bits. Esta pionera videoconferencia pionera tuvo lugar el pasado septiembre, duró 75 minutos, y en total generó una transmisión total de datos de aproximadamente dos gigabytes.

El director de la investigación la Universidad de Viena, Anton Zeilinger, y el de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei, Jian-Wei Pan, afirman: "Hemos demostrado la comunicación cuántica intercontinental entre múltiples ubicaciones en la Tierra con una separación máxima de 7.600 kilómetros".

El sistema tienen algunas debilidades que superar para usarse a mayor escala. Quizás la más importante sea que el satélite se considera seguro durante el tiempo tarda en conectar las dos estaciones terrestres. Eso podría ser correcto, al fin y al cabo, ¿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 podrían solucionarlo incorporando un relé cuántico de extremo a extremo en sus siguientes diseños.

Independientemente de sus debilidades, se trata de un trabajo impresionante que demuestra los principios de la comunicación segura a escala global. La investigación afirma: "Nuestro trabajo consigue una solución eficiente para crear una red cuántica global a grandes distancias, lo que sienta las bases del internet cuántico del futuro".

Muchos gobiernos, ejércitos y empresas están deseando tener una capacidad similar. Así que probablemente no faltará mucho para que empecemos a ver versiones comerciales del satélite Micius para ofrecer este tipo de comunicación segura por todo el mundo. Con China a la cabeza del sector.

Ref: arxiv.org/abs/1801.04418: Satellite-Relayed Intercontinental Quantum Network