El satélite cuántico de China ayuda a enviar mensajes seguros a más de 1200 km

El satélite cuántico de China ayuda a enviar mensajes seguros a más de 1200 km

Dos observatorios en China han utilizado un satélite de comunicaciones cuánticas para enviar un mensaje encriptado a 1200 kilómetros que batieron récords, un paso importante hacia la construcción de una Internet cuántica segura.

China lanzó su satélite cuántico Micius en 2016. Éste produce pares de fotones que están entrelazados cuánticamente, lo que significa que el estado medido de un fotón está vinculado al estado medido del otro, independientemente de la distancia entre ellos.

El entrelazamiento no puede transferir información directamente, porque eso significaría que los datos viajan más rápido que la luz. Pero las partículas enredadas se pueden utilizar para crear «claves» secretos que permiten una comunicación extraordinariamente segura.

Artur Ekert de la Universidad de Oxford y sus colegas utilizaron Micius para transmitir fotones entrelazados a observatorios separados por 1200 kilómetros en China, lo que permitió que esos dos observatorios compartieran datos cifrados cuánticos más alejados que nunca.

El récord anterior para este tipo de comunicación es de solo 100 kilómetros a lo largo de un cable de fibra óptica. «Las fibras son buenas para distancias intermedias, de 30 a 50 kilómetros aproximadamente, pero demasiado ruidosas para distancias más largas«, comentó Ekert.

El último sistema tenía una tasa de error de solo el 4,5%. Esto es particularmente importante en la comunicación cuántica, porque cualquier intento de piratear o espiar la señal para encontrar la clave causaría más errores en la comunicación. Es necesario comenzar con una tasa de error baja para que se noten los errores adicionales causados ​​por las escuchas.

Por ejemplo, si el satélite fuera pirateado, esto se notaría mediante pruebas realizadas en tierra cuando los observatorios recibieran los fotones. Este tipo de comunicación podría eventualmente usarse para construir una Internet segura e imposible de piratear de información cuántica. “El entrelazamiento proporciona la máxima seguridad”, dice Ekert.

La red de criptografía cuántica se extiende por 4600 km en China

En China se ha construido una red para la distribución de claves cuánticas (QKD) que abarca miles de kilómetros. Conecta cuatro redes cuánticas de área metropolitana (QMAN) en ciudades del este de China con una ubicación remota en el extremo oeste del país. El sistema comprende un enlace de fibra óptica de 2000 km entre las ciudades de Shanghai, Hefei, Jinan y Beijing y un enlace por satélite que abarca 2600 km entre dos observatorios, uno al este de Beijing y el otro a unos pocos cientos de kilómetros de la frontera de China con Kazajstán.

La red fue construida por Jian-Wei Pan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei junto con colegas del mundo académico y la industria.

QKD utiliza los principios de la mecánica cuántica para permitir que dos partes compartan una clave de criptografía secreta. Una característica crucial de QKD es que las dos partes pueden saber si un fisgón ha interceptado la clave mientras se comparte. Una vez que se establece el secreto de la clave, se puede utilizar para intercambiar mensajes cifrados utilizando una red de telecomunicaciones convencional.

Estados cuánticos de fotones

En las implementaciones estándar de QKD, la información se codifica en los estados cuánticos de los fotones, que se intercambian entre las dos partes. Los fotones se utilizan porque pueden viajar varios cientos de kilómetros en fibras ópticas antes de que se pierda su información cuántica. Los fotones también pueden transportar información cuántica entre estaciones terrestres y satélites, lo que permite realizar QKD entre ubicaciones a miles de kilómetros de distancia.

La red china da servicio a unos 150 usuarios y comprende más de 700 enlaces de fibra y dos enlaces de alta velocidad en espacio libre satélite-tierra, todos los cuales admiten la transmisión QKD. Los enlaces de fibra están respaldados por 32 «nodos de retransmisión confiables» que son capaces de enviar información cuántica. Los QMANS individuales contienen nodos de retransmisión fiables, así como nodos de usuario e interruptores ópticos. El Jinan QMAN es el más grande y contiene 50 nodos de usuario que admiten 95 usuarios.

La porción satelital de la red utiliza el satélite de comunicaciones cuánticas Micius, que fue lanzado por China en 2016, como hemos comentado anteriormente. Solo un año después, Micius se utilizó para hacer una conexión QKD entre Beijing y Viena, que están separadas por 7400 km.

Para garantizar que un gran número de usuarios pueda acceder a la red, su arquitectura incluye cinco capas diferentes. Se trata de una capa física cuántica; capa lógica cuántica; capa física clásica; capa lógica clásica; y una capa de aplicación.

Según la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Pan y sus colegas ampliarán aún más la red trabajando con socios en Austria, Italia, Rusia y Canadá. El equipo también está desarrollando satélites y estaciones terrestres de bajo coste para QKD.

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