Nuevo impulso a la criptografía cuántica

Una investigación desarrollada en la Facultad de Informática de la Universidad Politécnica de Madrid impulsa el desarrollo de la criptografía cuántica, al proponer una reconciliación de información eficiente para la distribución cuántica de claves, según informa la citada Facultad en un comunicado.

La criptografía cuántica permite transmitir información de manera segura fundamentada en las leyes de la física, por contraposición a los métodos convencionales, normalmente basados en problemas computacionalmente difíciles. Se consigue mediante la integración de la física cuántica con la criptografía. Uno de los aspectos fundamentales de proteger la transmisión de información es la distribución de claves secretas.

La Distribución Cuántica de Claves (DCC o QKD por sus siglas en inglés) permite crear claves de manera segura entre dos partes que comparten un canal cuántico (usando una fibra óptica, por ejemplo), 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 secreta, 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.

Nuevos métodos para la destilación de claves

Los avances en la criptografía moderna para el acuerdo de clave secreta están empujando el desarrollo de nuevos métodos y técnicas para la destilación de claves. La mayoría de estos desarrollos, centrados en la reconciliación de información (corrección de errores) y la amplificación de privacidad (compresión), proporcionan un beneficio directo para la distribución cuántica de claves.

En este contexto, la reconciliación de información se ha realizado históricamente por medio de protocolos altamente interactivos, es decir, con un alto número de comunicaciones.

La investigación desarrollada en la Facultad muestra cómo las técnicas de codificación modernas pueden mejorar el rendimiento de estos métodos para la reconciliación de información en QKD y propone el uso de códigos low-density parity-check (LDPC), puesto que estos son buenos tanto en eficiencia como en tasa de corrección.

Un precio a pagar, a priori, utilizando códigos LDPC, es que una buena eficiencia sólo se alcanza para códigos muy largos y en un rango limitado de errores en el canal cuántico. Este hecho obliga a utilizar varios códigos en aquellos casos en los que la tasa de error varía significativamente para distintos usos del canal, una situación común en QKD.

Para superar estos problemas, la investigación analiza varias técnicas para la adaptación de códigos LDPC, y así reduce el número de códigos necesarios para cubrir el rango de errores deseado. Estas técnicas son también utilizadas para mejorar la eficiencia promedio de códigos LDPC cortos en un esquema de codificación con realimentación (mensaje de retorno).

El interés de los códigos cortos reside en el hecho de que estos pueden ser utilizados para implementaciones hardware de alto rendimiento. La investigación presenta también un nuevo protocolo que evita la estimación inicial de la tasa de error, requerida en otras propuestas. Este protocolo también brinda implicaciones interesantes en el análisis de clave finita.

La investigación ha sido desarrollada como tesis doctoral por el profesor del Departamento de Matemática Aplicada de la Facultad, Jesús Martínez Mateo, y fue dirigida por el investigador responsable del Grupo de Investigación en Información y Computación Cuántica, profesor Vicente Martín Ayuso.