China, Europa y Estados Unidos apuestan por la física cuántica para proteger el futuro de sus infraestructuras y sus comunicaciones.
Europa, interconectada. — Quantum Internet Alliance
LAURA G. DE RIVERA
"Tened miedo y esperad lo peor". Era el mensaje que podía leerse el 14 de enero de 2022 en, al menos, setenta sitios web gubernamentales en Ucrania, entre ellos el Ministerio de Asuntos Exteriores, el Consejo de Ministros y el Consejo de Seguridad y Defensa. En el preludio de la guerra, unos piratas informáticos habían conseguido violar las defensas digitales del país y se habían hecho dueños de sus principales páginas en internet.
La forma en que asestaron el golpe fue a través de internet, claro. Igual que ha sucedido con los incontables ciberataques que han sacudido países e infraestructuras críticas en los últimos años. En uno de los más sonados, en mayo de 2021, un puñado de hackers accedió a los sistemas informáticos que controlan la Colonial Pipeline, una red de canalización en la Costa Este de Estados Unidos de casi 10.000 kilómetros que suministra crudo refinado para gasolina, además de combustible para la industria aeronáutica y para calderas de calefacción domésticas. Como resultado, tuvieron que cerrar el abastecimiento general. El pánico estaba servido. Tan grave fue la situación que el presidente Joe Biden declaró el estado de emergencia y lo catalogó como una amenaza a la seguridad nacional. La compañía Colonial Pipeline prefirió ceder al chantaje de los hackers y pagar los 4,4 millones de dólares que pedían para poder recuperar el control de sus sistemas, cinco días después.
El peligro es real. ¿Imaginas que unos hackers deciden dejar sin luz –o sin internet, o sin suministro de agua– a toda la población española? ¿Qué pasaría? ¿Cuántas serían las pérdidas económicas y el caos que provocaría algo así? Y es que, por muchas medidas de seguridad que se pongan, la Red es un territorio que sigue teniendo sus puntos débiles. Es aquí donde entra en escena la promesa del internet cuántico.
Escurridizo para atacantes
La clave está en la superposición, una propiedad de la mecánica cuántica que hace que la información codificada en un fotón –partícula elemental que compone la luz– sea imposible de interceptar o manipular por terceros. Resulta que un mismo fotón puede guardar una superposición de estados: lo que se llama cúbit. Mientras en los sistemas de computación actuales la información viaje en bits, que pueden tener valor de 1 o de 0, los cúbits están formados por los dos estados simultáneamente, es decir, pueden representar 1 y 0 a la vez. Por eso, tienen una capacidad de guardar información mucho mayor que el bit clásico.
También por eso, "cuando se observa un cúbit, su delicado estado mixto se colapsa y se convierte en 0 o en 1. En ese momento, se destruye la información cuántica que contenía y se rompe la comunicación", nos explica Edén Figueroa, director del Grupo de Tecnología de Información Cuántica en el departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Stony Brook (Nueva York).
Otra propiedad maravillosa de la física cuántica, indispensable para que pueda existir un internet cuántico, es el entrelazamiento, que hace posible que la información codificada en los cúbits viaje entre dos puntos distantes. No es que una partícula esté en dos sitios a la vez, sino que hay dos partículas que tienen el mismo estado a la vez. Aunque estén en lugares diferentes, su estado es compartido y un cambio en uno implica un cambio en el otro. "Si tienes una pareja de fotones entrelazados y envías cada uno en direcciones distintas, a dos puntos separados, cada vez que haces una medición en un fotón, el otro reacciona inmediatamente, es decir, cambia la información al otro lado", apunta Figueroa.
Desde el agua potable a tus datos médicos
La superposición y el entrelazamiento son las dos razones por las que los hackers lo tendrían crudo para interferir en redes de información cuántica. Por eso, tanto China como Europa y Estados Unidos, convencidos del peligro de los ataques informáticos a gran escala, están invirtiendo grandes cantidades de dinero en hacer de la teoría una realidad. "Los ataques –terroristas, entre naciones...– serán cada vez más tecnológicos. Por eso, hay muchos países y compañías interesados en apoyar la protección de infraestructuras críticas, como la red de agua potable o el suministro eléctrico, la comunicación entre administraciones, o los registros médicos de los sistemas de salud", nos dice Hugues de Riedmatten, director del Grupo de Fotónica cuántica con sólidos y átomos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en Barcelona.
En Europa, la Quantum Internet Alliance (QIA) reúne a más de 20 instituciones de investigación de toda Europa –entre ellas, el ICFO– con el objetivo de construir una red europea de internet cuántico. La primera fase es conectar la ciudad de Delft, donde se encuentra la sede de QIA, con otras tres ciudades holandesas. Sus investigadores están trabajando en diseñar el que circulará la información cuántica, más el software que controlará cómo se distribuye, y las aplicaciones que funcionarán en esa red.
¿Quizá para 2050?
Por el momento, el equipo holandés ha logrado enviar un fotón entrelazado con un ion calcio –uno de los sistemas de hardware que podrían armar el internet cuántico–a una distancia de 50 kilómetros por fibra óptica, sin que se perdiera el entrelazamiento. Todo un reto de óptica e ingeniería. "En años recientes, hemos visto demostraciones muy interesantes de conexiones de punto a punto en distancias cortas usando distintos sistemas. El próximo paso implicará conexiones más complejas –multinodo–, en distancias largas y con más cúbits, para poder realizar tareas de comunicación cuántica más complejas", señala Tracy Northup, una de las investigadoras de QIA, desde el Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck.
¿Y para cuándo se podrá usar de forma práctica? Todos los expertos coinciden en que su construcción está todavía en pañales. Si lo que queremos es que funcione para comunicar continentes, estamos hablando, quizá, de "decenas de años", según Riedmatten. "Hacerlo a nivel local, en una ciudad o un país, tal vez se pueda conseguir en los próximos cinco años. De hecho, hay planes para intentarlo entre Barcelona y Madrid", nos avanza este físico.
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