Internet quàntic

El internet quàntic és un conjunt de sistemes, protocols i dispositius teòrics que permeten conexions extremadament segures entre ordenadors. Este es basa en fenomens tals com la teleportación quàntica i l'us de qubits, a diferència del internet clàssic . Encara que hi ha distints métodos per a establir estes conexions, totes utilisen algun aspecte de la mecànica quàntica.

Claus quàntiques

Les primeres proposicions teòriques sobre maneres de comunicació “quàntiques” es remonten a 1970, quan Stephen Wiesner va vore potencial el fet de que siga impossible medir una propietat d'un sistema quàntic sense modificar-ho. Ell mateixa va propondre que l'informació podria codificar-se en unitats nomenades qubits, que no són més que sistemes quàntics en dos estats propis, com per eixemple un àtom aïllat que el seu spin pot estar cap a dalt, cap a avall i inclús en una combinació arbitrària d'abdós. Wiesner va senyalar que, ya que no es poden medir les propietats d'un qubit sense modificar-ho, és impossible fer còpies exactes del mateix. Esta propietat no és més que una conseqüència del Teorema de no clonació, pel qual és impossible extraure informació del sistema sense ser detectat.

Inspirats per Wiesner, en 1984 Charles Bennett, un informàtic en IBM en Yorktown Heights, Nova York i el seu colaborador Gilles Brassard de l'Universitat de Montreal en Canadà, varen desenrollar una ingeniosa idea per la qual dos usuaris podrien generar una clau d'encriptación que solament estos sabrien codificant-la en els estats de polarisació del fotó, l'esquema BB84. Més alvance en 1989, Bennett va liderar al primer equip que va demostrar esta distribució d'una clau quàntica (QKD per les seues sigles en anglés) experimentalment. A dia de hui, esquemes similars de QKD estan sent comercialisats i típicament venuts a empreses financeres o organisacions governamentals. ID Quantique, per eixemple, dus protegint els resultats de les eleccions suïsses per més de dèu anys per mig de l'ocupació de dites claus d'encriptación quàntiques.

De la mateixa manera, en 2017, el satèlit chinenc Micius, obra del físic Pa Jianwei, que no és més que una variant del protocol de Bennett i Brassard, va fer una demostració experimental d'una atra QKD. El funcionament és el següent: el satèlit genera dos claus i les mana codificades cuánticament, una a l'estació de Pequín i una atra a la de Viena. Despuix d'això, en un ordenador que du incorporat, combina les claus secretes per a crear una nova, que es transmet a abdós estacions de manera clàssica. Tenint les seues pròpies claus, abdós equips poden conéixer la clau de l'atre sostraent la seua pròpia de la clau conjunta. D'esta manera qualsevol dels equips podria desencriptar una transmissió que l'atre equip haja encriptat en la seua clau. De fet, en setembre de 2017, Pa i Anton Zeilinger de l'Universitat de Viena, varen amprar este model per a portar a terme la primera videollamada intercontinental assegurada en part en una clau quàntica.

Nodos segurs

Quan volem realisar comunicacions quàntiques, un factor important és la distància a la que volem transmetre l'informació. El principal problema d'este sistema és que els fotons no poden recórrer una distància excessivament gran sense perdre la seua polarisació o ser absorbits pel mig. Per a solucionar este problema, s'utilisen els repetidors quàntics.

Funcionament

En principi, per a solucionar este problema, podríem pensar en colocar dispositius entre Alice i Bob que arrepleguen els fotons i envien còpies en la mateixa informació. D'esta manera, conseguiríem multiplicar la distància a la que podem enviar fotons. No obstant, la teorema de no clonació nos impedix copiar un estat quàntic arbitrari, com, per eixemple, el dels fotons.

És necessari la presència d'un nodo segur per a que açò ocórrega. Essencialment, un nodo segur funciona de la següent manera:

1) Deu estar colocat en algun punt entre Alice i Bob. Quan Alice envie fotons polarisats a Bob, el nodo segur els rebrà en el seu lloc.

2) Com no és possible copiar l'estat dels fotons sense conéixer-ho, el nodo segur medirà la polarisació de cada fotó. D'esta manera, pot reconstruir la clau de sifrat, que s'almagasena en el nodo com a informació clàssica.

3) Una volta que el nodo segur posseïx la clau de sifrat, pot encriptar-la de nou en fotons polarisats i enviar-la a Bob. Llògicament, eixos fotons estaran en el mateix estat que els que va enviar Alice originalment.

D'esta manera, conseguim aumentar la distància d'enviament dels fotons.

És important notar que açò no viola la teorema de no clonació, puix el nodo segur medix l'estat dels fotons abans de preparar un sistema idèntic.

Controvèrsia

El principal problema dels nodos segurs és que, com es menciona en l'apartat anterior, necessiten almagasenar clásicamente l'informació. Açò significa que un espia podria accedir a la memòria dels mateixos i obtindre la clau: els nodos segurs són punts vulnerables. Per lo tant, en treballar en estos dispositius és necessari destinar recursos suficients a la seua protecció contra agents externs.

No obstant, si be és cert que són punts vulnerables, el seu us fa que la seguritat del canal de comunicació aumente enormement. Açò es deu a que reduïxen totes les vulnerabilitats de la ret als propis nodos segurs, en lo que és possible protegir-se dels oyents externs sense fer més que protegir degudament els nodos segurs.

Implementació

En setembre de 2017 es va completar la creació d'una extensa ret de comunicacions quàntiques entre Beijing i Shanghái. Dita ret conecta 4 ciutats per mig de 32 trusted nodes, amprant per a això més de 2000 quilómetros de fibra òptica. Actualment està sent testeada per a comunicacions entre entitats bancàries i empreses, com per eixemple el jagant de comerç en llínea Alibaba.

Vore també

• Entrelazamiento quàntic
• Qubit