Físicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén han desarrollado un enfoque innovador para la comunicación cuántica que funciona con fuentes de luz imperfectas, lo que podría acercar las redes seguras con tecnología cuántica a una implementación más generalizada. La investigación, publicada el miércoles en PRX Quantum, supera una limitación vigente durante décadas que ha dificultado los sistemas prácticos de distribución de claves cuánticas.
El avance aborda un desafío fundamental que ha afectado la comunicación cuántica durante 40 años: la necesidad de fuentes perfectas de fotones individuales que emitan exactamente una partícula de luz a la vez. Estas fuentes han resultado ser extremadamente difíciles y costosas de fabricar, obligando a los investigadores a depender de sistemas basados en láser comprometidos que limitan tanto la seguridad como la distancia de transmisión.
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Protocolos innovadores permiten aplicaciones en el mundo real
Dirigido por los estudiantes de doctorado Yuval Bloom y Yoad Ordan, bajo la supervisión del profesor Ronen Rapaport del Instituto de Física Racah, el equipo de investigación desarrolló dos protocolos que aprovechan las imperfecciones del hardware en lugar de evitarlas. Trabajando con colaboradores del Laboratorio Nacional de Los Álamos, demostraron que los puntos cuánticos — diminutas partículas semiconductoras que actúan como átomos artificiales — pueden superar a los sistemas tradicionales basados en láser cuando se combinan con protocolos inteligentes.
“Este es un paso hacia la encriptación cuántica práctica y accesible,” dijo Rapaport, según EurekAlert. “Esto demuestra que no necesitamos hardware perfecto para lograr un rendimiento excepcional — solo tenemos que ser más inteligentes respecto a cómo usamos lo que tenemos”.
El enfoque del equipo implica dos estrategias: un protocolo de estado señuelo truncado que filtra posibles vulnerabilidades de seguridad provenientes de eventos multi-fotón, y un protocolo de purificación heraldada que mejora la seguridad de la señal al filtrar fotones excedentes en tiempo real.
Incremento de rendimiento e implementación inmediata
Las pruebas de laboratorio mostraron que los nuevos métodos extienden las distancias de intercambio seguro de claves en más de 3 decibelios en comparación con los sistemas existentes basados en láser, lo que supone una mejora sustancial en los estándares de comunicación cuántica. Los investigadores validaron su enfoque utilizando una fuente de puntos cuánticos a temperatura ambiente y una versión reforzada del protocolo de cifrado BB84, demostrando un rendimiento superior a las tecnologías existentes.
"Lo genial es que no tenemos que esperar, se puede implementar con lo que ya existe en muchos laboratorios alrededor del mundo", señaló Bloom, coautor principal.
El desarrollo llega en un momento en que la comunicación cuántica adquiere urgencia debido al avance de las computadoras cuánticas, que eventualmente podrían romper los métodos de cifrado actuales. El avance de la Universidad Hebrea ofrece una vía para redes de comunicación seguras cuánticamente utilizando equipos de laboratorio existentes, lo que podría acelerar los plazos de despliegue de infraestructuras de encriptación de próxima generación resistentes a las amenazas de la computación cuántica.
