El Vitral de La Ciencia

La primera red de comunicación cuántica integrada del mundo se establece en China

China ha establecido la primera red de comunicación cuántica del mundo. Para ello se han necesitado más de 700 fibras ópticas con dos enlaces tierra-satélite con los que distribuir las claves cuánticas por 4.600 kilómetros, desde la ciudad de Xinlong a Shanghai.

La revista Nature (Chen, YA., Zhang, Q., Chen, TY. et al. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03093-8) ha publicado los avances encontrados por el equipo de Jianwei Pan, Yuao Chen, y Chengzhi Peng, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei (USTC)

Los autores que conforman un equipo de científicos chinos liderado por Jianwei Pan, Yuao Chen, Chengzhi Peng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei (USTC), demuestran que una red integrada de comunicación cuántica espacio-tierra que combina una red de fibra a gran escala de más de 700 enlaces QKD de fibra y dos enlaces QKD de espacio libre satélite-tierra de alta velocidad. Jianwei Pan, profesor en esta universidad, asegura que este proyecto demuestra que «la tecnología de comunicación cuántica es lo suficientemente madura para aplicaciones prácticas a gran escala«.

Este estudio está detrás de un proyecto que implica más de 700 fibras ópticas con dos enlaces tierra-satélite para distribuir claves cuánticas en 4.600 kilómetros (entre Pekín y Shanghái, y tiene dos enlaces con el satélite cuántico Micius, que conectan Xinglong y Nanshan), lo cual constituye en la primera red de comunicación cuántica del mundo.

La comunicación cuántica se basa en el intercambio de claves cuánticas (QKD, del inglés «quantum key distribution», distribución cuántica de claves), que utiliza los estados cuánticos de las partículas para formar una cadena de ceros y unos, mientras que cualquier interferencia entre el emisor y el receptor cambiará esta cadena o clave y se notará de inmediato: por ello, a diferencia del cifrado convencional, la comunicación cuántica se considera imposible de piratear.

Concretamente, el fundamento de esta tecnología reside en el hecho de que cada par de fotones entrelazados codifica un bit de información de la clave. Su entrelazamiento garantiza que si uno de los fotones se ve alterado, por ejemplo, debido a que alguien ha conseguido observarlo, sus propiedades físicas cambian instantáneamente y el entrelazamiento se rompe, por lo que el mensaje cifrado no puede ser vulnerado.

Hasta ahora, la tecnología QKD más común utiliza fibras ópticas para transmisiones de varios cientos de kilómetros, con alta estabilidad pero considerable pérdida de canal, pero los investigadores han ido más lejos utilizando una nueva tecnología llamada QKD de campo doble (TF-QKD), lo cual le ha permitido establecer el récord de QKD en tierra con más de 500 kilómetros de distancia. Adicionalmente, el equipo de investigadores ha conseguido mejorar el rendimiento de algunas de las partes de la red de comunicación hasta conseguir una tasa promedio en la generación de las claves de 47,8 kilobits por segundo, unas 40 veces más rápida

Estas redes se podrían ampliar a nivel global uniendo las diferentes redes cuánticas de los países y las instituciones y empresas, si se llegara a estandarizar los protocolos y hardware necesario. El equipo de la USTC quiere ampliar esta red china con la ayuda de socios internacionales de Austria, Italia, Rusia y Canadá. Otro de los objetivos próximos es el desarrollo de satélites QKD y receptores terrestres de diferentes escalas para lograr una red cuántica de hasta 10.000 kilómetros

También tienen como objetivo desarrollar satélites QKD y receptores terrestres a pequeña escala y rentables, así como satélites de órbita terrestre media y alta para lograr QKD de nivel de diez mil kilómetros todo el tiempo. Por su parte, la Unión Europea también se ha puesto en marcha con una iniciativa llamada European Union Quantum Communication Initiative

 

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