A la hora de enviar información de forma segura, hay una técnica que destaca entre todas las demás. La distribución cuántica de claves hace que sea posible el envío de mensajes perfectamente secretos. Y puesto que está garantizada por las leyes de la física, consigue el mayor grado de secretismo posible.

Así que no es de extrañar que los gobiernos, las organizaciones militares y comerciales de todo el mundo estén interesados en usar la técnica. De hecho, la distribución cuántica de claves comercial a través de fibra óptica ya está en uso en varios lugares y los investigadores han demostrado la práctica a través del espacio libre en distancias de hasta 144 kilómetros.

Pero, ¿qué ocurre en el agua? Es fácil imaginar que a los submarinos podría interesarles aprovechar este tipo de comunicación, así como a las redes submarinas de sensores o a los vehículos submarinos autónomos, entre otros. Pero esto plantea una pregunta obvia: ¿es posible la comunicación a través del agua marina a través de esta forma de seguridad cuántica?

La respuesta nos llega gracias al trabajo de Peng Shi y sus colegas en la Universidad Oceánica de China, en Qingdao. El equipo ha calculado la distancia a la que pueden viajar los fotones a través del agua preservando la información cuántica que transportan. Y concluyen que debería ser posible crear comunicaciones aseguradas con mecánica cuántica a través de distancias de hasta 125 metros en aguas oceánicas claras.

En primer lugar, tengamos en cuenta algunos aspectos. El agua absorbe la luz visible, pero la atenuación depende de las longitudes de onda involucradas. Por ejemplo, absorbe con fuerza la luz roja, pero la luz verdeazulada con una longitud de onda de entre 400 y 500 nm puede viajar mucho más lejos. De hecho, los investigadores han demostrado recientemente que es posible transmitir información a una velocidad de 10 megabits por segundo a distancias de hasta 350 metros en aguas oceánicas claras.

Así que Peng y sus colaboradores se han puesto a explorar si todo esto podría permitir la comunicación cuántica en distancias similares. Para averiguarlo, primero han calculado la velocidad a la que se atenúa la luz polarizada de 450 nanómetros en aguas marinas, y después han calculado el ruido que estaría presente (y por tanto el nivel de corrección de errores necesario).

Han llegado a la conclusión de que debería ser posible enviar datos a una velocidad de alrededor de 215 kilobits por segundo a una distancia de 125 metros en aguas oceánicas claras. "Podría ser utilizado para cifrar la mayor parte de la información de audio y cierta información de vídeo con baja tasa de bits de las comunicaciones submarinas", señalan.

Esta tasa de bits es razonable para distancias que ciertamente les resultan útiles a varias partes interesadas. No es difícil imaginar que pueda ser utilizada para enviar una señal de vídeo segura desde un submarino autónomo, por ejemplo.

Por supuesto, estos resultados representan un máximo teórico. Sin embargo, en la práctica las distancias serían significativamente más cortas sin tecnologías que puedan ayudar a filtrar el ruido. Peng y su equipo sugieren la colocación de filtros de 450 nm en los detectores, o hacer que sólo busquen fotones durante la breve ventana de tiempo en la que deberían llegar.

De cualquier manera, probablemente empecemos a ver experimentos en este ámbito relativamente pronto (si es que todavía no se están llevando a cabo en secreto). Vale la pena señalar que las primeras pruebas de distribución cuántica de claves a través de la atmósfera comenzaron a distancias muy modestas. Aunque en 2007 varios investigadores informaron haber realizado con éxito una comunicación cuántica a lo largo de una distancia de 144 kilometros, estableciendo el máximo teórico.

¿Cuánto tiempo pasará antes de que los oceanógrafos logren el máximo teórico bajo el agua?

Ref:arxiv.org/abs/1402.4666: Feasibility of Underwater Free Space Quantum Key Distribution