Criptografía cuántica

Las redes de criptografía cuántica detectan terremotos

Su extrema sensibilidad puede aprovecharse para prevenir catástrofes sísmicas

Las redes de criptografía cuántica detectan terremotos
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Eduardo Martínez de la Fe

Una investigación desarrollada en China ha comprobado experimentalmente que la extrema sensibilidad de una red de criptografía cuántica puede detectar terremotos y corrimientos de tierra, por muy leves que sean, con una precisión de alrededor de 1 kilómetro, toda una promesa para prevenir catástrofes sísmicas.

Una técnica de comunicación cuántica puede medir vibraciones diminutas en el suelo, lo que la hace potencialmente útil para detectar terremotos y deslizamientos de tierra, por muy pequeños que sean, según una nueva investigación.

Aunque cada año se producen 500.000 terremotos en todo el mundo, la mayoría son demasiado débiles para sentirlos, a pesar de que pueden ser precursores de movimientos sísmicos más importantes. Sencillamente, pasan desapercibidos.

La tecnología que puede aumentar la capacidad de predecir posibles terremotos o deslizamientos de tierra, según la nueva investigación, se llama red de criptografía cuántica, que ofrece las telecomunicaciones más seguras e infranqueables conseguidas hasta la fecha.

Todas las comunicaciones seguras se basan actualmente en el uso de la criptografía, mediante la cual la información se cifra utilizando una clave que permite que sólo los participantes que la conocen sean capaces de descifrar los mensajes intercambiados entre ellos.

El peligro de los ordenadores cuánticos

Las técnicas de criptografía están basadas en problemas matemáticos que son complejos de resolver. A medida que la capacidad de computación crece, el tiempo de resolución de estos problemas, y por tanto la seguridad de las claves, disminuye.

El tamaño de las claves y la complejidad de los algoritmos de encriptación han tenido que aumentar a medida que la capacidad de cálculo ha ido creciendo.

Y estas técnicas pueden quedar completamente obsoletas con la aparición de los ordenadores cuánticos, capaces de aplicar los principios de la Mecánica Cuántica para la resolución de problemas actualmente insolubles, incluyendo el romper las claves generadas por los métodos actuales de criptografía.

Las tecnologías cuánticas ofrecen, sin embargo, una solución a la vulnerabilidad de los métodos actuales, que es la que puede ser aprovechada también para predecir terremotos y movimientos sísmicos.

Distribución cuántica de claves

Con estas tecnologías es posible aplicar principios cuánticos para intercambiar una clave entre los extremos de un canal de comunicaciones, de manera que esa clave sea segura frente a cualquier ataque, incluyendo el de un ordenador cuántico. La tecnología cuántica hace posible incluso que cualquier intento de ataque sea inmediatamente detectado.

La Distribución Cuántica de Claves (QKD) es una de estas tecnologías: no sólo soluciona el problema de la amenaza que supone la computación cuántica para los algoritmos criptográficos en uso, sino que además puede proporcionar un nivel de seguridad mucho más alto a cualquier intercambio de datos.

Una nueva investigación, liderada por Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), ha utilizado un tipo de QKD llamado QKD de campo doble (TF-QKD), que utiliza la forma en que los fotones individuales interfieren entre sí para cifrar los datos: envía con éxito datos cifrados a través de un cable con una pérdida mínima de información.

El experimento de Pen se desarrolló en laboratorio y demostró por primera vez que el sistema TF-QKD para la distribución cuántica de claves funciona de maravilla: envió datos encriptados a lo largo de 658 kilómetros, una de las distancias más largas cubiertas por esta tecnología hasta la fecha.

Sensibilidad sísmica

Lo mas relavante de este resultado es que la aplicación de TF-QKD no solo consiguió reducir la cantidad de nodos necesarios para la conducción de información entre emisor y receptor, sino que demostró al mismo tiempo que la extrema sensibilidad de este sistema de criptografía cuántica puede usarse para detectar cambios en el entorno, como posibles movimientos sísmicos.

El sistema no solo fue capaz de detectar cambios mínimos provocados deliberadamente en la red, sino también de localizar dónde se producía cada vibración, con una precisión de alrededor de un kilómetro.

Aunque esta tecnología se configura como prometedora para la detección sísmica, los investigadores señalan que todavía debe mejorarse para que el sistema TF-QKD pueda integrarse en una red de criptografía cuántica a gran escala, que es cuando sería realmente útil para los geólogos.

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A este respecto hay que tener en cuenta que China no solo es uno de los países más afectados por los terremotos, sino que también lidera el desarrollo de redes de criptografía cuántica en todo el mundo. No es descabellado pensar que, probablemente, China también será pionera en la detección de terremotos a través de sus redes de criptografía cuántica.

Referencia

Quantum Key Distribution over 658 km Fiber with Distributed Vibration Sensing. Jiu-Peng Chen et al. Phys. Rev. Lett. 128, 180502; 2 May 2022. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.180502