Los investigadores han desarrollado un dispositivo simple y estable para generar los estados cuánticos necesarios para la distribución de claves cuánticas. El dispositivo podría hacer que sea más práctico desarrollar una red de datos global que utilice este método de cifrado muy seguro para proteger todo, desde transacciones con tarjetas de crédito hasta mensajes de texto.

Se necesitan nuevas técnicas de encriptación porque es probable que en las próximas dos décadas estén disponibles computadoras lo suficientemente potentes para descifrar los códigos de encriptación basados ​​en algoritmos actuales. En lugar de depender de las matemáticas, La distribución de claves cuánticas utiliza propiedades cuánticas de la luz, como la polarización, para codificar y enviar una clave aleatoria necesaria para descifrar los datos codificados. El método es excepcionalmente seguro porque cualquier intrusión de terceros es detectable.

En la revista Optical Society (OSA) Letras de óptica , Investigadores de la Universidad de Padova en Italia informan que su dispositivo totalmente de fibra puede cambiar la polarización de la luz más de mil millones de veces por segundo. El dispositivo también es autocompensante, haciéndolo insensible a la temperatura y otros cambios ambientales.

"Se espera que la distribución de claves cuánticas tenga un impacto profundo en la privacidad y seguridad de los ciudadanos, "dijo Giuseppe Vallone, quien dirigió esta investigación dentro del grupo de investigación QuantumFuture coordinado por el coautor Paolo Villoresi. "Nuestro esquema simplifica la distribución de claves cuánticas para la comunicación en el espacio libre, como desde satélites a la Tierra o entre terminales en movimiento, que se requiere para lograr una red cuántica global".

Desarrollando una red global

Debido a que el cifrado cuántico no funciona bien en redes de fibra de larga distancia, ahora hay un impulso para desarrollar una red de comunicación cuántica basada en satélites para vincular varias redes de cifrado cuántico terrestres en todo el mundo.

Aunque se pueden usar varias propiedades de la luz para crear estados cuánticos para el cifrado cuántico, La polarización es particularmente adecuada para enlaces de espacio libre porque no se ve perturbada por la atmósfera y la decodificación en el receptor se puede realizar sin la desafiante tarea de canalizar los datos en fibra monomodo.

"Nuestro objetivo es desarrollar un esquema de cifrado cuántico para usar entre un satélite y el suelo, donde las claves se generan en órbita, "dijo Vallone." Sin embargo, Los codificadores de polarización actuales no son ideales para su uso en el espacio porque son inestables, caro y complejo. Incluso pueden exhibir canales laterales que socavan la seguridad del protocolo ".

Codificación de polarización rápida y estable

El nuevo codificador de polarización, que los investigadores llaman POGNAC para POlarization SaGNAC, puede rotar rápidamente la polarización de la luz láser entrante gracias a un interferómetro Sagnac de bucle de fibra. Esta configuración divide la luz en dos haces cuyas polarizaciones están en ángulos rectos entre sí. Luego, los haces viajan a través del bucle de fibra en sentido horario y antihorario. Los componentes actuales podrían caber en un paquete de 15 x 5 x 5 centímetros, con una miniaturización adicional posible si se incorporan componentes más pequeños.

Dentro del bucle de fibra, los investigadores utilizaron un modulador electroóptico disponible comercialmente para cambiar la polarización y crear los estados cuánticos necesarios para la distribución de claves cuánticas. Debido a que los componentes en sentido horario y antihorario llegan al modulador en diferentes momentos, cada uno de ellos se puede modular de forma independiente.

Los moduladores utilizan un voltaje aplicado para cambiar la fase óptica. Sin embargo, el valor absoluto del cambio de fase depende de muchos parámetros que cambian con el tiempo. "En el POGNAC, solo el cambio relativo entre los dos componentes de polarización es relevante; este cambio de fase relativo corresponde a un cambio en la polarización de salida, mientras que los cambios que surgen de los cambios de temperatura y otros factores se autocorregyen, ", dijo Vallone." Esto hace que el POGNAC sea muy estable y elimina las desviaciones de polarización que han afectado a otros dispositivos ".

Los investigadores probaron su nuevo dispositivo midiendo la polarización de los estados cuánticos generados por el POGNAC y comparándolos con los valores esperados. Midieron una tasa intrínseca de errores de bits cuánticos (QBER) tan baja como 0,2%, muy por debajo del 1-2 por ciento QBER de los sistemas típicos de distribución de claves cuánticas.

"Nuestros resultados muestran que los datos se pueden codificar usando la polarización de la luz de una manera simple y eficiente, ", dijo Vallone." Pudimos lograr esto utilizando solo componentes disponibles comercialmente ".

Los investigadores continúan mejorando su enfoque y planean realizar más pruebas para ver cómo funciona el POGNAC al codificar claves cuánticas para el cifrado.