Debajo de muchas ciudades hay redes complejas de fibras ópticas que transportan datos, codificado en pulsos de luz, a oficinas y domicilios. Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) y Singtel, Grupo de tecnología de comunicaciones líder en Asia, han demostrado una técnica que ayudará a los pares de partículas de luz a navegar sin problemas por estas redes, un gran avance que permitirá una mayor seguridad cibernética. La demostración se realizó en 10 km de la red de fibra de Singtel. Este proyecto, realizado en Singapur, es impulsado por el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Seguridad Cibernética de NUS-Singtel, una asociación público-privada apoyada por la National Research Foundation, Oficina del Primer Ministro, Singapur. Se basa en la experiencia del Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) de NUS.

Este nuevo enfoque respalda el despliegue de una tecnología conocida como distribución de clave cuántica (QKD). Transmitido por redes de fibra, utiliza señales enviadas en partículas de luz conocidas como fotones. La detección de fotones individuales crea claves de cifrado para una comunicación segura. Los datos cifrados con dichas claves son resistentes a todos los ataques informáticos.

Los ensayos de QKD se están llevando a cabo en todo el mundo a medida que los gobiernos y las empresas reconocen la necesidad de fortalecer su ciberseguridad. Los ensayos QKD llevados a cabo por el equipo de NUS-Singtel utilizan pares de fotones que están conectados por la propiedad cuántica del entrelazamiento. La mayoría de los esquemas QKD requieren que el remitente y el receptor de un mensaje secreto intercambien fotones directamente o confíen en la fuente de sus claves. Con este enfoque alternativo, es posible comprobar la seguridad de una clave proporcionada por un proveedor externo.

Funciona así:el proveedor crearía un par de fotones, luego divídalos, enviando uno cada uno a las dos partes que quieren comunicarse de forma segura. El entrelazamiento significa que cuando las partes miden sus fotones, obtienen resultados coincidentes, ya sea un 0 o un 1. Hacer esto para muchos fotones deja a cada parte con patrones idénticos de 0 y 1, dándoles una llave para bloquear y desbloquear un mensaje.

Típicamente, cada fotón encuentra una carrera de obstáculos diferente de segmentos de fibra empalmados y cajas de conexiones. En sus caminos, los fotones también sufren dispersión, donde efectivamente se esparcen. Esto afecta la capacidad de los operadores para rastrear los fotones.

El nuevo truco publicado el 4 de abril en la revista científica Letras de física aplicada , mantiene sincronizados los fotones entrelazados a medida que viajan por diferentes caminos a través de la red. Esto es importante porque se identifican por la brecha entre sus tiempos de llegada al detector. "La información de tiempo es lo que nos permite vincular pares de eventos de detección. Mantener esta correlación nos ayudará a crear claves de cifrado más rápido, "dice James Grieve, un investigador del equipo.

La técnica funciona diseñando cuidadosamente la fuente de fotones para crear pares de partículas de luz con colores a ambos lados de una característica conocida de la fibra óptica llamada "longitud de onda de dispersión cero". Normalmente, en las fibras ópticas, la luz más azul llegaría más rápido que la luz más roja, extendiendo los tiempos de llegada de los fotones. Trabajar alrededor del punto de dispersión cero hace posible igualar las velocidades a través del entrelazamiento tiempo-energía de los fotones. Entonces se conserva el tiempo.

Profesor asociado Alexander Ling, un investigador principal en CQT, dirigió este trabajo para el laboratorio de NUS-Singtel. Él dijo, "Antes de estos resultados, no se sabía si la naturaleza de múltiples segmentos de la fibra desplegada permitiría la cancelación de la dispersión de alta precisión, porque los segmentos generalmente no tienen longitudes de onda de dispersión cero idénticas ".

Al demostrar que puede funcionar, el equipo aumenta las expectativas de QKD sobre la fibra comercial. Los fotones entrelazados podrían encontrar otras aplicaciones, también. Por ejemplo, los fotones de cada par se crean con femtosegundos entre sí. Sus tiempos de llegada coordinados pueden sincronizar relojes para operaciones de tiempo crítico, como operaciones financieras.