La criptografía
cuántica sólo permitía asegurar el envío de una clave criptográfica mientras el
mensaje era enviado por métodos de comunicación convencionales. Pero una nueva
técnica, la comunicación cuántica directa y segura, permite garantizar la
seguridad del mensaje enviado en sí mismo y además ahora la criptografía
cuántica empieza a ser comercialmente viable gracias a compañías como ID Quantique en
Ginebra (Suiza).
El mecanismo resulta
un poco contra-intuitivo. Pues para enviar el mensaje, la criptografía cuántica
no se usa para nada. En lugar de eso, los físicos emplean procesos cuánticos
para enviar un código llamado libreta de un solo uso que sirve para encriptar
el mensaje original. El mensaje cifrado es enviado a través de un canal de
telecomunicaciones corriente y es descodificado de la manera habitual. La
técnica se llama distribución de clave cuántica.
El mensaje codificado
en una libreta de un solo uso no puede ser descifrado, de modo que la seguridad
proviene de la capacidad de enviar la libreta de una sola vez con una
privacidad perfecta, que es lo que garantiza este enfoque. Pero también plantea
una pregunta interesante. Si es posible enviar la libreta de un solo uso de
forma segura mediante mecánica cuántica, ¿por qué no enviar el mensaje original
de esa manera?
El investigador de la
Universidad Tsinghua en Pekín (China) Wei Zhany y algunos compañeros afirman
haber hecho justo esto. Su nuevo proceso se llama comunicación cuántica directa
y segura (QSDC, por sus siglas en inglés),
y el equipo lo empleó a través de 500 metros de cable de fibra óptica por
primera vez.
La razón por la cual
hasta ahora los físicos utilizaban libretas de un solo uso es simple. Lo que
está en juego es si un mensaje ha sido espiado, y eso es algo que se puede
verificar gracias a que las partículas cuánticas no pueden ser medidas sin
destruir la información que contienen.
Así que cuando se
transmiten fotones deben llegar en el mismo estado en el que fueron enviados
para garantizar que ningún espía ha extraído la información que contienen. Pero
si llegan en un estado diferente, es una prueba clara de que la información se
ha filtrado al medio ambiente y el mensaje no es seguro. A nivel práctico, los
físicos confían en la seguridad de un mensaje siempre que esta fuga se sitúe
por debajo de un umbral crítico.
El problema es que la
fuga sólo se se puede detectar después de que haya tenido lugar. Así que para
cuando los físicos pudieran descubrir la artimaña, un espía ya tendría la
información. Esta es la razón por la que los investigadores emplean la libreta
de un solo uso, un conjunto de números aleatorios que pueden ser utilizados
para encriptar un mensaje. Si esa libreta de un solo uso se filtra, los físicos
simplemente la descartan y envían otra, hasta asegurarse de que el proceso ha transcurrido
de manera totalmente privada.
Pero los
investigadores preferirían no tener que depender de la libreta para garantizar
la privacidad de un mensaje antes de enviarlo. Y hace algunos años, los físicos
teóricos encontraron una forma de hacerlo. El método explota el fenómeno del
entrelazamiento cuántico, el cual tiene lugar cuando dos partículas cuánticas
están tan estrechamente relacionadas que comparten la misma existencia, por
ejemplo, cuando ambas son creadas al mismo tiempo y en el mismo lugar.
Cuando esto sucede,
las partículas permanecen unidas, incluso aunque están separadas por grandes
distancias. Y la medición de una partícula influye inmediatamente en el estado
de la otra. Así que el truco consiste en crear un conjunto de partículas entrelazadas,
por ejemplo, fotones, y codificar la información en su estado de polarización.
De esta forma, la polarización vertical podría representar un uno y la
polarización horizontal un cero, por ejemplo.
La remitente, Alice,
se queda con un fotón de cada pareja y envía el otro a Bob, que entonces
dispone de un conjunto de fotones que están enlazados con los fotones de Alice.
Bob separa sus
fotones al azar en dos grupos. Mide las polarizaciones de un conjunto y envía
los resultados a Alice, quien verifica si los estados han cambiado durante la
transmisión; en otras palabras, si Eve ha estado escuchando.
Si no, Alice y Bob
tienen garantías de que Eve tampoco pudo haber visto los otros fotones, porque
han sido separados al azar. Y eso significa que Alice y Bob pueden usar los
fotones restantes para transmitir datos usando el proceso normal de
comunicación cuántica, que es perfectamente privado.
Y eso es exactamente
lo que Zhang y su equipo han hecho. Sin embargo, el experimento resulta difícil
de ejecutar porque los fotones deben almacenarse mientras tiene lugar el
proceso de verificación. Para ello, el equipo de Zhang envía los fotones a
través de bucle de fibra óptica de dos kilómetros de largo y acelera el proceso
de control al máximo. Cuanto más tiempo lleve, más probabilidades habrá de que
los fotones sean absorbidos o dispersados por la fibra óptica.
Los resultados
muestran claramente el potencial de la técnica. "El sistema QSDC basado en
fibra [óptica] tiene el potencial de realizar una tasa de transmisión cercana a
las tasas claves de seguridad de los sistemas de distribución de claves
cuánticas comerciales actuales. La ventaja [es] que el sistema QSDC podría
transmitir no solo claves seguras sino también la información
directamente", señala el equipo de Zhang.
Por supuesto, harán
falta varias mejoras para lograr que este tipo de sistema sea comercialmente
viable. Pero este trabajo da un paso importante hacia la comunicación segura
basada en principios cuánticos. Los bancos, los gobiernos y las agencias
militares estarán observando estos avances con entusiasmo.
Fuente: MIT Technology
Review