Investigadores de Vigo e Toronto descobren como ampliar os límites dos sistemas de criptografía cuántica

A protección da información, daqueles datos confidenciais que, por exemplo, se transmiten en cada operación de compra a través da rede, constitúe hoxe en día un servizo fundamental para a sociedade. Na actualidade, as técnicas de cifrado convencionais, amplamente empregadas en internet, basean a súa seguridade na dificultade de resolver certos problemas matemáticos, o que fai que o avance da capacidade de cálculo, con ordenadores cada vez máis potentes, implique un risco neste senso. Non acontece así coa criptografía cuántica, técnica a través da que  a información se codifica en pulsos ópticos e que “proporciona unha seguridade incondicional”, como explica o profesor do Departamento do Teoría do Sinal e Comunicacións da Universidade de Vigo e investigador de atlanTTic Marcos Curty. Non obstante, esta técnica vese limitada polas distancias máximas de transmisión que se poden acadar coas tecnoloxías actuais e que se situaban entre os 300 e os 400 quilómetros, ata que un experimento levado a cabo recentemente por Curty e investigadores da Universidad de Toronto demostrou que é posible “duplicar practicamente esas distancias de transmisión” ata alcanzar os 700 quilómetros.

Así o constatan no estudo publicado recentemente na revista Physical Review Letters, da Sociedade Americana de Física, “unha das revistas científicas máis prestixiosas neste ámbito”, que ademais recoñeceu este estudo coa etiqueta de “suxestión do editor”. O artigo, que o profesor da Universidade de Vigo asina xunto cos investigadores da Universidade de Toronto Xiaoqing Zhong, Jianyong Hu, Li Qian e Hoi-Kwong Lo, baséase á súa vez nunha proposta teórica que Curty publicaba este mesmo ano na revista do grupo Nature, npj Quantum Information, xunto a Hoi-Kwong Lo e o investigador Koji Azuma, da empresa de telcomunicacións xaponesa NTT. 

Rompendo os límites da criptografía cúantica

“A criptografía cuántica basea a súa seguridade en leis fundamentais da física e é, polo tanto, inmune e calquera avance computacional”, sinala Curty respecto dunha técnica que “codifica a información en pulsos ópticos moi atenuados, que conteñen en promedio un fotón por pulso e se propagan por fibras ópticas”, garantindo unha “confidencialidade absoluta da información”. A súa principal limitación, engade, débese precisamente as “perdas de transmisión” a través destas fibras que fan que, a maiores distancias, diminúa a chamada “taxa de clave” da información, de tal xeito que, apunta Curty, “coa tecnoloxía actual necesitaríanse cerca de 100 anos para lograr transmitir un fotón con éxito a unha distancia de 1000 quilómetros” 

Nese senso, considerábase que ese límite entre 300 e 400 quilómetros non podería superarse sen o uso de “repetidores cuánticos que, desafortunadamente, requiren dunha tecnoloxía non dispoñible actualmente, ou de comunicacións vía satélite”, apunta o investigador. Fronte a isto, Curty desenvolveu xunto con Hoi-Kwong Lo e Koji Azuma unha proposta teórica “na que formulabamos un protocolo cuántico que permitiría ter unha boa taxa de clave a distancias moito máis elevadas”. 

Unha proposta levada á práctica

A idea esencial desta proposta, explica, “reside en que os fotóns non teñan que viaxar todo o camiño desde o transmisor ata o receptor, senón unicamente a metade”, explica o investigador da institución viguesa. Deste xeito, a principal dificultade da técnica proposta residía “en conseguir que fotóns xerados por láseres independentes e transmitidos por fibras ópticas distintas teñan a mesma fase e poidan interferir cuanticamente”. Así, tras demostrar no artigo anterior que esta era unha opción viable, os investigadores de Vigo e Toronto deseñaron e desenvolveron un experimento, levado a cabo na universidade canadiana, no que esa dificultade era superada “cunha técnica de autocompensado óptico”, demostrando así a viabilidade tecnolóxica deste sistema.

“Trátase dun paso esencial para lograr estender a aplicabilidade destas técnicas nas redes de comunicacións actuais, así como para desenvolver o futuro internet cuántico global”, conclúe Curty, que colaborou cos investigadores de Toronto no deseño do experimento e realizou a posterior análise dos datos obtidos.