Llega el cifrado cuántico 4D, una nueva forma de comunicación segura (casi) a prueba de hackeos

Criptografía cuántica de alta dimensión intraciudades con fotones estructurados, es el nombre original de la investigación.

La distribución de claves cuánticas (Quantum Key Distribution, QKD, por sus siglas en inglés) promete información teóricamente segura casi al borde de la comercialización. El siguiente paso será implementar protocolos de alta dimensionalidad con el fin de mejorar la resistencia al ruido y aumentar la velocidad de datos.

Hasta ahora, ninguna verificación experimental de QKD de alta dimensión en el régimen de fotón único se ha realizado fuera del laboratorio. Aquí presentamos la realización de un sistema QKD de fotón único en un enlace turbulento de espacio libre de 0,3 km sobre la ciudad de Ottawa, aprovechando tanto el momento de giro como el momento cinético orbital de los grados fotónicos de libertad.

Esta combinación de momentos angulares ópticos nos permite crear un estado cuántico de 4 dimensiones; En el que, usando un protocolo BB84 de alta dimensionalidad, se alcanzó una tasa de error de bit cuántica del 11% con una tasa de clave secreta correspondiente de 0,65 bits por fotón tamizado. En comparación, se logra una tasa de error de 5% con una velocidad de clave secreta de 0,43 bits por fotón tamizado para el caso de fotones estructurados bidimensionales.

Demostramos así que, incluso a través de una turbulencia moderada sin corrección activa del frente de onda, los estados de fotones de alta dimensión son ventajosos para transmitir con seguridad más información.

Esto abre el camino para las comunicaciones cuánticas intraciudades de alta dimensión bajo condiciones realistas.

Tan solo este es el Abstract del artículo original de dicha investigación.

‘Cifrado Cuántico 4D‘, podría sonar a ciencia ficción así como lo leímos en el abstract del artículo, pero es uno de los tantos proyectos de investigación que existen hoy día con el objetivo de mejorar la seguridad de las comunicaciones. Un avance que tiene que llegar tarde o temprano y que hoy parece haber dado un primer, e importante, paso.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Ottawa ha logrado por primera vez enviar con éxito un mensaje con cifrado cuántico de alta dimensión entre dos edificios, esto gracias a una técnica probada en laboratorio y que buscan se convierta en un sistema práctico para implementarlo en el mundo real.

Más información en menor tiempo y con mayor seguridad

La comunicación cuántica no es nueva, su cifrado en su nivel más básico trabaja con información en sistema binario, donde el envío y recepción se hace por medio de fotones que representan un bit de información, sólo unos o ceros.

Esta nueva forma de cifrado dentro de la comunicación cuántica teóricamente es capaz de meter el doble de información en cada fotón, ampliando así las posibilidades. Al tener dos bits por cada fotón tendremos a nuestra disposición hasta cuatro posibilidades de señal, 00, 01, 10 y 11, de ahí nace el nombre de ‘cifrado cuántico 4D‘.

Con esta técnica no sólo tendremos mayor información en cada partícula, sino también mayor seguridad en caso de que los mensajes sean interceptados. Sin embargo, aún hay muchos factores y escenarios que se deben probar, como por ejemplo bajo interferencia electrónica y en lugares llenos de turbulencia en el aire. Por lo anterior, la primera prueba en un escenario real si realizó entre dos edificios colocando los dispositivos en los tejados para evitar interferencias.

Comunicación satelital, comunicación cifrada entre objetos en movimiento o para conectar lugares remotos de forma segura son algunas de sus posibles aplicaciones.

Esta primera prueba de concepto se realizó a una distancia de apenas 300 metros, pero el siguiente objetivo es hacerlo a una distancia de 3 kilómetros. Los dispositivos se apoyan en los estados cuánticos de la luz, que aquí sirven como llaves de cifrado o clave cuántica, que sirven para cifrar el mensaje y decirle al dispositivo receptor cómo descifrarlo. Los resultados de esta prueba arrojaron una tasa de error del 11%, que es muy por debajo del umbral conseguido por las conexiones seguras, y fueron capaces de transmitir 1,6 más datos que con el cifrado 2D.

El siguiente paso, además de incrementar la distancia, será aumentar la cantidad de puntos de comunicación y tratar de contrarrestar la turbulencia, que hasta el momento es el problema más grande. Esta tecnología podría servir en una amplia gama de servicios y aplicaciones, por ejemplo en comunicación satelital, comunicación cifrada entre objetos en movimiento, como aviones, o para conectar de forma segura lugares donde es demasiado costoso instalar fibra.

Fuentes: OSA, UJJINA

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Ernesto Mota
Nací en el d.f., sigo siendo defeño, hoy radico en la hermosa ciudad de Cuernavaca, Morelos, soy Ing. en Sistemas computacionales, con un posgrado en Tecnologías de información, Tecnólogo es mi categoría laboral, y mi linea de investigación es la realidad aumentada aplicada a nuevos entornos de aprendizaje.

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