Las tecnologías cuánticas nos deparan emociones fuertes. De eso no cabe ninguna duda. En octubre de 2019 Google aseguró haber alcanzado la supremacía cuántica debido a que uno de sus equipos de investigación había logrado resolver con un ordenador cuántico en tan solo 200 segundos un problema que a un superordenador clásico le habría llevado 10.000 años. Meses después este hito sigue siendo discutido por algunos investigadores de la competencia, pero lo realmente interesante es que pone sobre la mesa el enorme potencial que tiene no solo la computación cuántica en particular, sino las tecnologías cuánticas en general.
Y es que este campo de estudio no tiene solo aplicaciones en materia estricta de computación: algunos de los sorprendentes fenómenos que rigen el mundo cuántico, el mundo de lo muy pequeño, de las partículas, pueden ser utilizados también para otras cosas. Y una de estas aplicaciones consiste en transmitir mensajes cifrados a través de redes de comunicaciones que son imposibles de vulnerar. Disponer de esta tecnología es crucial para las grandes potencias mundiales, lo que ha provocado que Estados Unidos, la Unión Europea y China se embarquen en una carrera para ver cuál de ellas consigue poner a punto antes su propia infraestructura de comunicaciones cuánticas a gran escala. Y de momento es el país asiático el que va en primera posición.
Qué ha conseguido China y por qué es importante
Un equipo de investigadores chinos ha publicado hoy en la prestigiosa revista científica Nature un artículo en el que describe el procedimiento que le ha permitido transmitir un mensaje cifrado imposible de piratear entre dos estaciones terrestres separadas por una distancia de 1.120 kilómetros. Y para hacerlo posible han recurrido a una propiedad esencial de los sistemas cuánticos: el entrelazamiento. Este fenómeno no tiene un equivalente en la física clásica, y consiste en que el estado de los sistemas cuánticos o partículas involucrados, que pueden ser dos o más, es el mismo.
Los investigadores chinos utilizan sistemas cuánticos para generar claves privadas en distintos puntos del planeta enviándoles fotones entrelazados emitidos por Micius, un satélite que orbita la Tierra a unos 500 km de altura
Esto significa que estos objetos, en realidad, forman parte de un mismo sistema, incluso aunque estén separados físicamente. De hecho, la distancia no importa. Si dos partículas, objetos o sistemas están entrelazados mediante este fenómeno cuántico, cuando midamos las propiedades físicas de uno de ellos estaremos condicionando instantáneamente las propiedades físicas del otro sistema con el que está entrelazado. Incluso aunque esté en la otra punta del Universo. Suena a ciencia ficción, es verdad, pero por muy extraño y sorprendente que nos parezca este fenómeno se ha comprobado empíricamente. De hecho, si no se diese realmente los ordenadores cuánticos no funcionarían. Y estos científicos chinos no habrían conseguido lo que han logrado.
Esta no es la primera vez que se transmite información mediante un sistema de comunicación cuántico. Las tres potencias que he mencionado unos párrafos más arriba, y quizá también alguna otra más, lo han hecho antes. Pero China ha llegado más lejos y ha logrado garantizar la total invulnerabilidad de sus comunicaciones (al menos esto es lo que los investigadores asiáticos exponen en su artículo publicado en Nature). La distancia en este contexto es fundamental porque para poner a punto una red de comunicaciones cuántica global, que es el objetivo final al que todas las potencias aspiran, es necesario que esta tecnología funcione perfectamente en distancias muy largas.
El procedimiento que han utilizado es muy ingenioso: utilizan sistemas cuánticos para generar claves privadas en distintos puntos del planeta enviándoles fotones entrelazados emitidos por Micius, un satélite que orbita la Tierra a unos 500 o 600 kilómetros de altura. Parece algo muy complicado, pero si obviamos los detalles tecnológicos más complejos no es difícil entender cómo funciona esta tecnología. En realidad los fotones entrelazados que el satélite envía a las estaciones terrestres no codifican el mensaje cifrado; lo que contienen es la clave que permite descifrar el mensaje cuando ha sido recogido en su destino. De hecho, el mensaje puede enviarse de un punto a otro utilizando cualquier otro canal de comunicación.
El corazón de esta tecnología reside en el hecho de que cada par de fotones entrelazados codifica un bit de información de la clave. Su entrelazamiento garantiza que si uno de los fotones se ve alterado, por ejemplo, debido a que alguien ha conseguido observarlo, sus propiedades físicas cambian instantáneamente y el entrelazamiento se rompe, por lo que el mensaje cifrado no puede ser vulnerado. La mayor limitación que tiene esta tecnología en la práctica es que transferir fotones a distancias muy largas no es sencillo, de ahí que el hecho de que la comunicación entre el satélite Micius y las estaciones terrestres chinas haya funcionado correctamente es un logro muy importante. No cabe duda de que aún queda mucho por hacer para desplegar una red de comunicaciones cuánticas global, pero parece que el esfuerzo de China en particular está dando frutos.
La Unión Europea también se ha puesto en marcha con una iniciativa llamada European Union Quantum Communication Initiative, en la que participa España, que pretende crear redes de criptografía cuántica para infraestructuras. Curiosamente esta tecnología nació en Europa, y hace una década nuestro continente tenía una ventaja científica muy clara en este campo, pero la hemos perdido. Estados Unidos y, sobre todo, China, están tomando la delantera en esta área, por lo que es evidente que la Unión Europea necesita invertir si quiere ponerse al día para no quedarse atrás como le ha sucedido en el campo de la microelectrónica.