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21 de noviembre de 2012

Secretos cuánticos para proteger la información

Instalaciones de fibra óptica

Miles de kilómetros de cables de fibra óptica podrían ser usados para transmitir claves cuánticas.

Códigos secretos creados aplicando física cuántica fueron transmitidos por primera vez a distancias de kilómetros utilizando banda ancha común. 

Hasta ahora los llamados códigos cuánticos requerían una infraestructura separada y costosa, la llamada fibra oscura, diferente de la utilizada normalmente para transmitir información.

Laboratorio Toshiba

La mayoría de los sistemas de distribución cuántica de claves están aún restringidos al laboratorio. 

El avance es un paso más en la revolución de la llamada criptografía cuántica, que permite transmitir información de manera segura fundamentada en la física cuántica, en lugar de métodos convencionales, basados generalmente en problemas computacionalmente difíciles.

Pulsos diminutos de láser se utilizan para dar a los fotones una determinada alineación o polarización. Polarizaciones diferentes actúan como los 0s y 1s de la información digital, permitiendo compartir una clave criptográfica.

Lo que hace segura la clave es que cuando los fotones son observados, cambian en forma irrevocable, por lo que un intruso que intenta interceptar la clave sería detectado.

Andrew Shields, del Laboratorio de Investigaciones de Toshiba en Cambridge, Inglaterra, y sus colegas lograron ahora enviar esta información en la infraestructura de fibra óptica existente, desarrollando detectores que captan un fotón por vez y se abren sólo durante una décima de mil millonésima de segundo. La transmisión se logró a lo largo de 90 kms de cable.

El trabajo de Shields es como "intentar distinguir las estrellas mientras se mira de frente al Sol", señaló el experto en seguridad digital Alan Woodward, de la Universidad de Surrey.

"Lo que han logrado estos investigadores es usar una técnica que rápidamente pasa de una a otra de las fuentes de luz que utilizan la fibra al mismo tiempo, de modo que una se distinga de la otra".

Polarización

Fibra óptica

El uso de la infraestructura existente, en lugar de fibras exclusivas, permitiría abaratar costos.

La Distribución Cuántica de Claves (DCC o QKD por sus siglas en inglés) permite crear claves de manera segura entre dos partes que comparten un canal cuántico (usando fibra óptica, por ejemplo), ya que la mecánica cuántica proporciona modos de realizar cómputos o transferir información de manera completamente distinta a los sistemas de seguridad clásicos, explica el sitio sobre investigación en computación cuántica de la Universidad Politécnica de Madrid.

Mediante un complejo protocolo, emisor y receptor intercambian una serie de qubits (unidad mínima de información cuántica) codificados en fotones, lo que les permite acordar una clave secreta, ya que, según los principios de la física cuántica, cualquier intento de observación de un qubit será detectado por el receptor, lo que otorga una completa seguridad al intercambio de información.

"Cuando se trabaja en escalas muy pequeñas, las leyes de la fisica clásica dejan de tener validez y son sustituidas por las leyes de la mecanica cuántica", le explicó a BBC Mundo el Dr. Vicente Martín Ayuso, director del Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid y miembro del Grupo de Investigación en Información y Computación Cuántica de la Universidad Politécnica de Madrid.
"Si alguien intenta manipular los qubits, esto se traduce en un nivel de error adicional y su intrusion puede ser detectada"
Dr. Vicente Martín Ayuso

"La naturaleza en estas escalas se comporta a veces de manera poco intuitiva: un átomo puede estar en dos sitios a la vez, las correlaciones entre objetos cuánticos pueden ser muy distintas de las que estamos acostumbrados, etc. El proceso de la medición de propiedades de objetos cuánticos lleva emparejada en ciertos casos una alteración de los mismos", señaló el científico.

"Cuando medimos un qubit o bien obtenemos un "0" o un "1", pero no ambos. Lo que obtengamos depende además de en que base elijamos medirlo. Un ejemplo típico de sistema cuántico seria un fotón y un ejemplo de propiedades seria la polarización. La polarización hay que medirla de una manera determinada que implica ciertas elecciones sobre cómo se mide. Por ejemplo, podemos medir la polarización usando un polarizador con una orientacion que decidamos que es la "horizontal" y su perpendicular "vertical".

Estas dos orientaciones definen una base de medida, explicó el científico español, pero también podría usarse un polarizador girado 45 grados con respecto al "horizontal" y otro girado -45 grados. Un qubit seria un fotón sobre el que se ha codificado un estado usando la polarización.

Costo

La polarizacion se ha usado en la práctica para hacer sistemas de criptografia y la idea básica, según el Dr. Ayuso, es que si alguien intenta manipular los qubits, esto se traduce en un nivel de error adicional y su intrusión puede ser detectada.
"Compartir la infraestructura de fibra óptica existente abarata mucho la criptografia cuántica y la pone a un nivel económicamente competitivo con otras técnicas convencionales"
Dr. Vicente Martín Ayuso

"En el articulo de Shields se tiene una transmisión cuántica de alta velocidad y larga distancia a la vez que dos canales de informacion clásica, con lo que se podría usar una fibra preexistente para hacer criptografia cuántica, sin necesidad de usar una nueva de manera exclusiva. En la practica es el costo de una fibra oscura lo que es realmente caro, mas que los equipos de criptografia cuántica. Compartir la infraestructura de fibra óptica existente abarata mucho la criptografia cuántica y la pone a un nivel económicamente competitivo con otras técnicas convencionales".

Entre los siguientes pasos para llevar la criptografía cuántica a las redes fuera del laboratorio, el Dr. Ayuso destaca que "la conexión sigue siendo punto a punto. Para ampliar más el campo, se necesitaría también poner este tipo de sistemas en redes ópticas multipunto".

Además, "idealmente, se necesitarían alcanzar distancias todavia mayores, pero esto es complicado con la tecnología actual. Un campo en desarrollo es el de los repetidores cuánticos, que permitirian precisamente el alcance ilimitado, pero esta es una tecnología que no se espera que esté diponible ni siquiera en un futuro a medio plazo".

Fuente:

BBC Ciencia


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