Avance en comunicaciones seguras: distribución de claves cuánticas lograda en más de 1000 km

Científicos de varias instituciones chinas han establecido un nuevo récord mundial al lograr una distribución de claves cuánticas sin repetidores a una distancia de 1.002 km. Esto es posible gracias al uso de distribución de clave cuántica de campo dual (TF-QKD), cable de fibra óptica de pérdida ultrabaja y detectores de fotón único superconductores de ruido ultrabajo. Este logro representa un paso importante hacia la creación de redes de comunicación cuántica interurbanas de alta velocidad. Los resultados del estudio se publicaron en la revista Physical Review Letters.

Quantum Key Distribution (QKD) funciona según los principios de la mecánica cuántica y permite la transferencia segura de claves entre dos partes distantes. Cuando se utiliza con el método de encriptación de un solo uso, QKD brinda un alto nivel de seguridad para las comunicaciones confidenciales. Sin embargo, la aplicabilidad de QKD está limitada por factores como la pérdida de canal y el ruido del sistema.

El experimento demostró un esquema TF-QKD con un protocolo de envío o no envío (SNS) que mejora la dependencia de la tasa de clave en el rendimiento del canal desde η lineal hasta su raíz cuadrada η. Por lo tanto, puede lograr un rango de seguridad mucho mayor que los protocolos QKD tradicionales.

Para lograr QKD de largo alcance, el equipo de investigación se asoció con Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC), un cable de fibra óptica de pérdida ultrabaja basado en tecnología de núcleo de silicato puro que logra una atenuación mínima de 0,16 dB/km. El Instituto SIMIT ha desarrollado detectores monofotónicos superconductores de ruido ultrabajo. Aplicando filtros a temperaturas de 40K y 2,2K para suprimir falsos positivos en ausencia de señal (dark counts) provocados por radiación térmica, se logró reducir el ruido de los detectores a unos 0,02 cps. El equipo también desarrolló un esquema de estimación de fase de doble banda para evitar el ruido de la dispersión Raman espontánea (efecto Raman), que redujo el ruido del sistema a menos de 0,01 Hz.

Con base en los desarrollos tecnológicos anteriores, el equipo logró TF-QKD a una distancia récord de 1002 km con una tasa clave de 0,0034 bps. Este trabajo no solo confirma la viabilidad del esquema SNS-TF-QKD en distancias extremadamente largas, sino que también demuestra que el protocolo establecido puede proporcionar tasas de clave altas en muchos escenarios prácticos. El éxito de la investigación es esencial para avanzar en la comunicación cuántica segura.

Gracias a estos avances, ahora es posible entusiasmarse con el poder de la computación cuántica y los beneficios para los problemas más complejos de la sociedad, sin pagar el precio de la seguridad de nuestros datos.