Vamos por pasos. Los ordenadores clásicos operan con bits que son 0 o 1. Estas actúan como las conexiones cerebrales que abren o cierran las uniones entre neuronas. Así, cerrar o abrir son las únicas dos opciones que manejan. Por su parte, los ordenadores cuánticos utilizan cúbits, que pueden ser 0, 1, o una superposición de ambos simultáneamente. Es decir, pueden (muy básicamente) conexión y desconexión al mismo tiempo o lo que los físicos llaman superposición.

Esta capacidad de superposición permite a los ordenadores cuánticos procesar y calcular a una velocidad exponencialmente mayor que los ordenadores clásicos. Y cuando decimos exponencialmente, nos referimos a segundos contra años. El lado positivo es que las simulaciones, los cálculos y el procesamiento de información se llevará a cabo en apenas un parpadeo. Algo que beneficiará a la ciencia en sectores que van desde la ingeniería, la medicina, la astronomía… Toda la ciencia se verá beneficiada.

Pero es un arma de doble filo: su capacidad para abrir y cerrar puertas al mismo tiempo, le permite convertirse en una llave maestra para los hackers que podrán descifrar claves en, otra vez, un parpadeo. De este modo, el gran desafío del futuro de las comunicaciones es desarrollar un sistema que utilice la computación cuántica… pero que no deje que otras la utilicen en su contra.

Aquí es donde entra el avance de Thales Alenia Space y la tecnología de distribución de clave cuántica o QKD por sus siglas en inglés. Se trata del primer sistema geoestacionario español QKD-GEO y permitirá blindar la información frente a las futuras amenazas de la computación cuántica y fortalecer la infraestructura de comunicaciones seguras en Europa.

La distribución de clave cuántica utiliza principios de la mecánica cuántica para generar y distribuir claves criptográficas entre dos partes. A diferencia de la criptografía clásica, que se basa en complejos problemas matemáticos, la seguridad de la QKD se basa en las leyes fundamentales de la física. En pocas palabras, lo que hace es “centrarse en el sobre y no en la carta”. Mientras los sistemas actuales de comunicación envían cientos de fotones a través de cables para enviar un mensaje, en este caso solo se envía un único fotón, la llave.

El emisor lo envía y si el receptor no lo recibe, sabe que la “carta” ha sido interceptada. Cualquier intento de un intruso de interceptar o medir los estados cuánticos de los fotones utilizados en el proceso los perturbará inevitablemente (como si vemos que alguien abrió el sobre al recibir la carta), creando una anomalía detectable que alerta a las partes.

Así, la ventaja de las claves cuánticas radica en su inviolabilidad. De hecho, y gracias a las leyes de la física cuántica, una clave cuántica solo puede leerse una vez. Si alguien intenta copiarla o espiarla, esa acción altera su estado y la destruye automáticamente. Por eso, cualquier intento de intrusión queda al instante al descubierto.

Esta semana, Thales Alenia Space ha comenzado a poner en marcha el primer sistema geoestacionario español de distribución de clave cuántica (QKD-GEO) junto con Hispasat. Hasta la fecha, no existe en el mundo ningún sistema de distribución de clave cuántica operando desde órbita geoestacionaria. El proyecto incluye una carga útil cuántica a bordo de un satélite que permitirá transmitir claves a escala global.

¿Por qué desde el espacio? Enviar la información por las redes de fibra terrestre tiene sus limitaciones: un solo fotón puede quedarse atrapado en las curvas o las imperfecciones de las fibras. El problema es que la distancia “fiable” que pueden recorrer estos fotones sin perderse en el camino, no sobrepasa los 500 km de distancia. Aquí es donde entra el espacio.

En el vacío del cosmos, las posibilidades de que un fotón se choque con otra partícula y se “contamine” son casi nulas. Así, los satélites geoestacionarios (ubicados a más de 30.000 km de altura) garantizan comunicaciones seguras a nivel continental.

En el transcurso del proyecto se realizarán pruebas de campo con un enlace atmosférico de 140 km entre las islas de La Palma y Tenerife, que permitirán validar el funcionamiento tanto del segmento terreno como de la carga útil en condiciones representativas, como paso previo a su despliegue en la misión operativa en órbita.

En paralelo al desarrollo del sistema de distribución de clave cuántica, Thales está trabajando en los siguientes pasos imprescindibles ante la llegada de la tecnología cuántica: sensores cuánticos, computación cuántica, redes de información cuántica y criptografía post-cuántica.

Los sensores cuánticos funcionan porque los estados cuánticos son extremadamente sensibles a cualquier perturbación externa. Gracias a ello, pueden alcanzar un rendimiento mucho mayor que los sensores clásicos, además de ser más pequeños y facilitar la miniaturización de la tecnología. Thales está desarrollando distintos tipos de sensores cuánticos, entre ellos sensores capaces de detectar campos electromagnéticos, magnetómetros, acelerómetros y unidades de inercia.

La criptografía post-cuántica, por su parte, consiste en el desarrollo de sistemas de encriptación diseñados para resistir los ataques de los ordenadores cuánticos, una aproximación complementaria a la QKD.