Fuerte impulso a la criptografía cuántica y los ordenadores cuánticos

Quince grupos de investigación europeos han puesto en marcha el proyecto QUITEMAD (QUantum Information Technologies MAdrid), que tiene cinco objetivos científicos concretos: criptografía cuántica, computación cuántica, control cuántico y tomografía, correlaciones cuánticas y simulación cuántica, informa la Facultad de Informática de la UPM en un comunicado.

Estas cinco líneas de investigación tienen aplicaciones científicas y tecnológicas relevantes, que van desde la implementación de criptografía cuántica para el sector industrial, hasta el desarrollo y la puesta en funcionamiento de nuevas técnicas de computación e información cuánticas, incluyendo su realización experimental en colaboración con laboratorios nacionales e internacionales.

Además de los objetivos científicos, el proyecto contempla objetivos estratégicos como formar en las tecnologías de la información cuántica a nuevos equipos que puedan abordar con éxito los retos futuros de universidades y empresas, con la finalidad de dotar a Madrid de un estatus de excelencia y vanguardia en el ámbito europeo y mundial.

Comunicaciones absolutamente seguras

El campo de la Información Cuántica es una de las áreas de desarrollo más prometedoras dentro de la Física y adquiere su mayor relevancia en la criptografía cuántica y la computación cuántica. Estas tecnologías prometen, por ejemplo, comunicaciones absolutamente seguras y una capacidad computacional inmensa, de forma que están llamadas a revolucionar nuestras vidas de manera comparable a como lo hicieron en su momento el láser o el ordenador personal.

Gracias a la criptografía cuántica, los mensajes que se envían a través de la red contarán con un protocolo de transmisión que será no muy seguro, como ahora, sino absolutamente seguro, con la enorme diferencia que eso supone para el envío de información y para hacer negocios.

Así, la Distribución Cuántica de Claves (DCC), como primera tecnología comerciable, permite compartir claves con seguridad garantizada por dos partes que comparten un canal cuántico, ya que la mecánica cuántica proporciona modos de realizar cómputos o transferir información de manera completamente distinta a los sistemas de seguridad clásicos.

Mediante un complejo protocolo, emisor y receptor intercambian una serie de qubits (unidad mínima de información cuántica) codificados en fotones, lo que les permite acordar una clave virtualmente invulnerable, ya que, según los principios de la física cuántica, cualquier intento de observación de un qubit será detectado por el receptor, lo que otorga una completa seguridad al intercambio de información.

Criptografía superior

La superioridad frente a los métodos convencionales de criptografía es evidente. La criptografía convencional basa su seguridad en la confianza de que un atacante no tenga potencia de cálculo ni conocimientos matemáticos suficientes para descifrar las claves de una manera indetectable por los usuarios, y va perdiendo seguridad a medida que aumenta la potencia de cálculo de los sistemas. La DCC no tiene ese problema y es lo más cerca que podemos estar de la seguridad absoluta, ya que las claves estarían garantizadas contra ataques con tecnologías existentes o futuras.

Prueba del actual desarrollo de la DCC es que ya ha ido más allá del escenario teórico, para convertirse en una realidad tecnológica. De hecho, hay un número creciente de compañías que fabrican aparatos basados en la criptografía cuántica y muchas más con prototipos de laboratorio capaces de ofrecer un servicio real. La criptografía cuántica se halla ya en fase semicomercial.

El objetivo final de la computación cuántica es conseguir un ordenador cuántico, capaz de realizar cálculos numéricos complicados y de hacer búsquedas en enormes bases de datos. Ese objetivo último puede estar todavía algo lejano, pero la investigación que acabará dando origen a esos ordenadores ha dejado ya importantes hallazgos, que mejoran sustancialmente la capacidad de comprender y manipular el universo cuántico. Esas mejoras podrán ser utilizadas en procesos tecnológicos tan relevantes como el diseño de fármacos y la producción de nanodispositivos.

Cercanos ya al límite último que imponen las leyes de la física a los dispositivos actuales, en lo que se refiere a velocidad de procesamiento y capacidad de almacenamiento, las tecnologías cuánticas suponen el próximo gran paso que representará la liberación de esas barreras y la creación de nuevos métodos, con múltiples aplicaciones en áreas básicas –como la óptica cuántica, la física teórica o la mecánica cuántica– y en áreas aplicadas: fabricación de nuevos materiales y nuevos ordenadores, métodos de cálculo útiles en nanociencia, comunicaciones, etcétera.

Aunque todavía no se puede construir un ordenador cuántico, sí se puede fabricar ya un simulador cuántico. Miguel Ángel Martín-Delgado, profesor de Física Teórica de la Complutense y coordinador de QUITEMAD, lo define como “un banco de pruebas cuánticas que no necesita corregir errores para poder funcionar”. El simulador servirá para comprobar si algunas teorías cuánticas son correctas o no, algo imposible de hacer con los ordenadores tradicionales. Por otra parte, el progreso en la comprensión del entrelazamiento cuántico permite también considerar simulaciones clásicas de la mecánica cuántica mucho más eficientes de lo hasta ahora logrado.

Fondo Social Europeo

QUITEMAD está cofinanciado por la Comunidad de Madrid (en el Programa Regional de Innovación Científica y Tecnológica) y por el Fondo Social Europeo, en una de las líneas de investigación prioritarias del I Programa Marco de la Unión Europea.

El proyecto reúne a cinco grupos de investigación en el área de la Información Cuántica. Uno de estos grupos es el de Información y Criptografía Cuánticas de la Facultad de Informática de la UPM, dirigido por Vicente Martin, que participa en el proyecto con otros grupos de la Universidad Complutense de Madrid, la Universidad Carlos III de Madrid y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). El proyecto cuenta también con un laboratorio asociado, el CeSViMa (Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid), de la Politécnica de Madrid.

Estos equipos españoles están apoyados, además, por diez grupos de investigación y empresas internacionales y nacionales, entre los que se cuentan Toshiba Research Labs, Telefónica I+D, idQuantique, ICFO y el Instituto Max Planch de Óptica Cuántica, de Alemania. El programa está cofinanciado por la Comunidad de Madrid y el Fondo Social Europeo. La dotación es de 1.073.400 euros para los próximos cuatro años.

El proyecto fue presentado el pasado 12 de marzo en Madrid, en un acto que contó con la participación, entre otros, de Nicolas Gisin, Fundador de IdQuantique, GAP de la Universidad de Ginebra, y de Ignacio Cirac, Max-Planck Institute.