Un nuevo dispositivo para capturar iones impulsará la criptografía cuántica

Científicos e ingenieros del National Institute of Standards and Technology (NIST), crearon un nuevo dispositivo ideado para la captura de iones (átomos con carga eléctrica), que podría ser de suma utilidad para avanzar en tecnologías de criptografía cuántica, dado que permitiría una transferencia más eficaz de las diferentes partículas de luz implicadas en los procesos de comunicación cuántica.

El dispositivo es una “trampa de iones”, que puede utilizarse como un lápiz para la detección de fuerzas muy pequeñas o como una interfaz para la transferencia de partículas de luz en procesos cuánticos. En cualquier caso, el nuevo dispositivo podría marcar el comienzo de una nueva generación de aplicaciones, gracias a la funcionalidad, versatilidad y precisión que se logra con el lápiz óptico.

Este adelanto fue desarrollado con la colaboración de especialistas de la Universidad de Erlangen-Nuremberg, en Alemania. Los resultados de la investigación se recogen en un comunicado de prensa del NIST y en recientes artículos publicados en los medios especializados Newswise y Nature Physics, destacándose la importancia que puede tener en el avance de la aplicación de los procesos cuánticos en el campo de la ingeniería y la informática.

La “trampa de iones” desarrollada es aproximadamente un millón de veces más sensible que un microscopio de fuerza atómica, ya que el ion es más ligero en masa y reacciona con más potencia a las fuerzas pequeñas. La sensibilidad de estos iones permite obtener sensores más versátiles que, por ejemplo, los que emplean átomos neutrales o puntos cuánticos.

Características del nuevo sistema

El ion es extremadamente sensible a los campos eléctricos que oscilan entre los 100 kilohertz y 10 megahercios, aproximadamente. Es así que si están dadas las condiciones adecuadas, los fotones y partículas de luz podrían ser transferidos entre una fibra óptica y el mencionado dispositivo de iones con alrededor de un 95 por ciento de eficacia. Esto significaría estar en presencia de un método con una efectividad desconocida hasta el momento en este tipo de procesos y aplicaciones.

Justamente, la eficacia de esta clase de interfaces es crucial para el desarrollo de la comunicación a larga distancia en la criptografía de clave cuántica (QKD), que es el mejor método conocido hasta el momento para la protección de la privacidad de un canal de comunicaciones. Lógicamente, esto supone un importante avance para el desarrollo de sistemas cuánticos de comunicaciones, una tecnología que promete disparar una nueva revolución tecnológica.

La criptografía cuántica permite detectar inmediatamente la falsificación de una clave privada de ingreso a un sistema o red, por ejemplo, ya que el proceso se interrumpe en forma automática al detectarse la intrusión antes de la transmisión de la información privada. La base científica de esta aplicación es el principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que el proceso de cuantificación de un sistema cuántico modifica al propio sistema.

En otras palabras, los sistemas QKD permiten que dos usuarios puedan habilitar una clave compartida para encriptar y descifrar mensajes. Cuando un tercero intente interceptar la comunicación establecida de esta manera, provocará anomalías en el sistema al observar el proceso y, de acuerdo a los principios de la mecánica cuántica, lo modificará en consecuencia alertando a los protagonistas iniciales de la comunicación.

El próximo desafío: la producción masiva

Además, como la seguridad de la criptografía cuántica se sustenta en los principios de la mecánica cuántica, ofrece una mayor eficacia en la protección de los datos que la obtenida por la criptografía de clave pública convencional, fundamentada por su parte en sistemas no demostrados por funciones matemáticas determinadas. Esa es la clave que incrementa en gran medida la eficacia de la criptografía cuántica para este tipo de aplicaciones.

Sin embargo, para que la criptografía cuántica alcance una fase de producción masiva, requiere el empleo de láseres capaces de emitir información en el elemento constituyente de la luz, el fotón, y que posteriormente sea posible transmitir esta información mediante fibras ópticas. El desarrollo del National Institute of Standards and Technology (NIST) con la colaboración de la Universidad de Erlangen-Nuremberg podría llegar a ser un punto importante en el camino por lograr estas condiciones.

Vale destacar igualmente que ya se han registrado algunos ejemplos al respecto. El 8 de octubre de 2008, el proyecto SECOQC (Desarrollo de una red global para las comunicaciones seguras basadas en criptografía cuántica), financiado por la Unión Europea, probó por primera vez en un cónclave en Austria el desarrollo de comunicaciones seguras mediante criptografía cuántica en una red de telecomunicaciones comercial.

Basándose en los resultados positivos de esta experiencia, el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicación (ETSI), compuesto por los actores europeos más importantes en el campo de la ciencia y de la industria, ha comenzado a abordar las cuestiones de normalización en la criptografía cuántica, con el propósito de sentar las bases para una futura utilización masiva de estas tecnologías en el campo comercial e industrial.