Jacob Hoover
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China tiene la tecnología cuántica para encriptar perfectamente señales útiles a distancias mucho más vastas que las que nadie haya logrado jamás, abarcando Europa y Asia, según una impresionante nueva carta de investigación.
Pedazos de información, o señales, pasan a través de las casas de las personas, los cielos y la carne de los cuerpos humanos cada segundo de cada día. Son señales de televisión y radio, así como llamadas telefónicas privadas y archivos de datos..
Algunas de estas señales son públicas, pero la mayoría son privadas, cifradas con largas cadenas de números conocidos (presumiblemente) solo por los remitentes y receptores. Esas claves son lo suficientemente poderosas como para guardar los secretos de la sociedad moderna: mensajes de texto coquetos, números de cuentas bancarias y contraseñas para ocultar bases de datos. Pero son frágiles. Una persona lo suficientemente determinada, empuñando una computadora lo suficientemente poderosa, podría romperlos..
"Históricamente, todos los avances en criptografía han sido derrotados por avances en tecnología de craqueo", escribió en un correo electrónico Jian-Wei Pan, investigador de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y autor de esta carta de investigación. "La distribución de claves cuánticas pone fin a esta batalla".
Las claves cuánticas son largas cadenas de números, claves para abrir archivos cifrados como los que se utilizan en las computadoras modernas, pero están codificadas en los estados físicos de las partículas cuánticas. Eso significa que están protegidos no solo por los límites de las computadoras sino también por las leyes de la física..
Las claves cuánticas no se pueden copiar. Pueden cifrar transmisiones entre computadoras clásicas. Y nadie puede robarlos, una ley de la mecánica cuántica establece que una vez que se observa una partícula subatómica, puf, se altera, sin alertar al emisor y al receptor del truco sucio. [¿Que es eso? Respuestas a sus preguntas de física]
Y ahora, según una nueva carta que se publicará hoy (19 de enero) en la revista Physical Review Letters, las claves cuánticas pueden viajar vía satélite, cifrando los mensajes enviados entre ciudades a miles de kilómetros de distancia..
Los investigadores codificaron imágenes cuánticas codificándolas como cadenas de números basados en los estados cuánticos de los fotones y las enviaron a distancias de hasta 4.722 millas (7.600 kilómetros) entre Beijing y Viena, rompiendo el récord anterior de 251 millas (404 km). , también ambientada en China. Luego, por si acaso, el 29 de septiembre de 2017, sostuvieron una videoconferencia de 75 minutos entre investigadores de las dos ciudades, también encriptada mediante clave cuántica. (Esta videoconferencia se anunció anteriormente, pero los detalles completos del experimento se informaron en esta nueva carta).
El satélite
Esta distribución de clave cuántica de larga distancia es otro logro del satélite chino Micius, que fue responsable de romper varios récords de redes cuánticas en 2017. Micius es un potente detector y relé de fotones. Lanzado a la órbita terrestre baja en 2016, utiliza sus finos láseres y detectores para enviar y recibir paquetes de información cuántica, básicamente, información sobre el estado cuántico de un fotón, en vastas extensiones de espacio y atmósfera..
"Micius es la estrella más brillante del cielo cuando pasa sobre la estación", escribió Pan. "La estrella es [tan] verde como la baliza láser [que utiliza Micius para apuntar fotones al suelo]. Si hay algo de polvo en el aire, [también] verás una línea de luz roja apuntando al satélite. No hay sonido" viene del espacio. Quizás haya algunos levantados por el movimiento de la estación terrestre ”.
Casi cada vez que Micius hace algo, saca récords anteriores del agua. Esto se debe a que las redes cuánticas anteriores se han basado en el paso de fotones por el suelo, utilizando el aire entre edificios o cables de fibra óptica. Y hay límites para la línea de visión en el suelo, o la distancia a la que un cable de fibra óptica transferirá un fotón sin perderlo..
En junio de 2017, los investigadores de Micius anunciaron que habían enviado dos fotones "entrelazados" a estaciones terrestres separadas por 1.200 km (745 millas). (Cuando un par de fotones se enreda, se afectan entre sí incluso cuando están separados por grandes distancias). Un mes después, en julio, anunciaron que habían teletransportado un paquete de información cuántica a 870 millas (1400 km) desde el Tíbet a la órbita. lo que significa que el estado cuántico de una partícula se ha transmitido directamente desde una partícula en el suelo a su gemela en el espacio.
Ambos logros fueron pasos importantes en el camino hacia las redes cifradas con clave cuántica del mundo real..
La nueva carta anuncia que la teoría se ha puesto en práctica.
Micius primero cifró dos fotos, una pequeña imagen del propio satélite Micius, luego una foto del primer físico cuántico Erwin Schrödinger. Luego cifró esa larga videollamada. Nunca se ha logrado un acto similar de distribución de clave cuántica en ese tipo de distancia..
Pan dijo que Micius ya está listo para usar para cifrar información más importante.
¿Cómo funciona una clave cuántica??
La distribución de claves cuánticas es esencialmente una aplicación creativa del llamado principio de incertidumbre de Heisenberg, uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica. Como se informó anteriormente, el principio de incertidumbre establece que es imposible conocer completamente el estado cuántico de una partícula y, lo que es más importante, que al observar parte de ese estado, un detector borra para siempre la otra información relevante que contiene la partícula..
Ese principio resulta muy útil para codificar información. Como escribió el criptógrafo belga Gilles Van Assche en su libro de 2006 "Criptografía cuántica y destilación de clave secreta", un emisor y un receptor pueden utilizar los estados cuánticos de las partículas para generar cadenas de números. Una computadora puede usar esas cadenas para cifrar un poco de información, como un video o un texto, que luego envía a través de un relé clásico como la conexión a Internet que está usando para leer este artículo..
Pero no envía la clave de cifrado a través de ese relé. En cambio, envía esas partículas a través de una red cuántica separada, escribió Van Assche.
En el caso de Micius, eso significa enviar fotones, uno a la vez, a través de la atmósfera. El receptor puede leer los estados cuánticos de esos fotones para determinar la clave cuántica y usar esa clave para descifrar el mensaje clásico. [Álbum: Las ecuaciones más bellas del mundo]
Sin embargo, si alguien más intentaba interceptar ese mensaje, dejaría señales reveladoras: paquetes faltantes de la clave que nunca llegaron al remitente..
Por supuesto, ninguna red es perfecta, especialmente si no se basa en la información de captura de fotos individuales en kilómetros de espacio. Como escribieron los investigadores de Micius, las redes generalmente pierden el 1 o 2 por ciento de su clave en un día despejado. Pero eso está bien dentro de lo que Micius y la estación base pueden trabajar juntos para editar fuera de la clave, usando algunas matemáticas sofisticadas. Incluso si un atacante interceptara y destruyera una parte mucho mayor de la transmisión, lo que no captara seguiría siendo limpio: más corto, pero lo suficientemente seguro como para cifrar las transmisiones en caso de apuro. [Cómo funciona el entrelazamiento cuántico (infografía)]
Sin embargo, la conexión entre Micius y la Tierra aún no es perfectamente segura. Como escribió el equipo de autores chinos y austriacos, la falla en el diseño de la red es el satélite en sí. En este momento, las estaciones base en cada ciudad vinculada reciben diferentes claves cuánticas del satélite, que se multiplican y luego se desenredan. Ese sistema funciona bien, siempre que los comunicadores confíen en que ningún escuadrón secreto de astronautas infames ha irrumpido en el propio Micius para leer la clave cuántica en la fuente. El siguiente paso hacia una seguridad verdaderamente perfecta, escribieron, es distribuir claves cuánticas desde satélites a través de enredado fotones: claves que los satélites fabricarían y distribuirían, pero nunca ellos mismos podrían leer.
Con el tiempo, escribieron los investigadores, planean lanzar más satélites cuánticos a órbitas más altas, satélites que se comunicarán entre sí y con los investigadores de la Tierra en redes cada vez más complejas..
Esta red cuántica cada vez más práctica y de expansión lenta se construirá primero para China y Europa, escribieron, "y luego a escala global".