QMatterPhotonics fortalece a seguridade na transmisión de datos diluíndo eivas na criptografía cuántica
Eliminar eivas no campo da criptografía cuántica, a disciplina que aborda a transmisión e almacenamento de datos de maneira que non poidan ser descifrados nin modificados por terceiros a través dos principios da mecánica cuántica, é a meta da investigación que acaba de desenvolver Daniel Balado Souto dende o grupo de investigación Materiais Cuánticos e Fotónica (QMatterPhotonics) da USC. Unha das tarefas centrais desta tese de doutoramento dirixida polos profesores Jesús Liñares Beiras e Xesús Prieto Blanco, foi o estudo, deseño e análise de sistemas opto-cuánticos de autocancelación dos erros de transmisión por fibra óptica —unha das barreiras da criptografía cuántica— cando se usan estados cuánticos de alta dimensión —1-qudits, varios qubits por fotón—. O obxecto da tese ‘High dimensional autocompensating quantum cryptography in optical fibers implemented with discrete and integrated photonic devices’ consiste, polo tanto, en aumentar a velocidade de transmisión de claves e a seguridade criptográfica ante ataques do chamado sistema Eve, cuxa denominación vén da palabra inglesa ‘Evesdropper’ facendo referencia a quen escoita secretamente as mensaxes dunha comunicación.
O problema que a criptografía cuántica pretende solucionar é a vulnerabilidade da criptografía clásica —por exemplo o cifrado RSA— que protexe todas as comunicacións mundiais —bancarias, industriais ou militares, entre outras— ante a inminente supremacía cuántica proporcionada polos ordenadores cuánticos para romper os cifrados actuais coma o RSA. O sistema criptográfico cuántico pode sintetizarse a través do vínculo tecido entre Alice (emisor) e Bob (receptor). Alice desexa comunicarse con Bob, pero como non se atopan no mesmo lugar, farao a través dalgún tipo de medio físico —por exemplo fibra óptica ou espazo libre usando por exemplo satélites— e mediante a encriptación da súa mensaxe baseada no uso de claves secretas. O problema en cuestión preséntase coa aparición dun terceiro personaxe denominado Eve, quen tentará descifrar a comunicación entre Alice e Bob, tentando roubar as devanditas claves secretas de encriptación. A criptografía cuántica de alta dimensión delataría a súa presenza cunha moi alta probabilidade.
A tese propón asemade sistemas de xeración autenticamente aleatoria de estados cuánticos específicos de alta dimensión (1-qudits) para criptografía cuántica, no sistema Alice, e de detección de ditos estados mediante medidas proxectivas autenticamente aleatorias no sistema Bob, das que se presentaron probas de concepto experimentais. “O carácter autenticamente aleatorio da xeración e medida de estados é unha condición indispensable en criptografía cuántica e que a óptica cuántica permite implementar de xeito relativamente sinxelo”, explica Daniel Balado. Todo os sistemas poden realizarse mediante dispositivos fotónicos cuánticos integrados e dispositivos de fotodetección de fotón simple con supercondutores nanoestruturados sobre chip fotónico.
Traxectoria consolidada
O grupo QMatterPhotonics posúe unha longa e ampla experiencia no desenvolvemento de materiais e de dispositivos supercondutores e fotónicos tanto bulk coma integrados, dous campos considerados coma fundamentais nas novas tecnoloxías cuánticas. No campo dos supercondutores o grupo conta con resultados altamente relevantes, algúns deles materializados en importantes colaboracións co Premio Nobel de Física Anthony Legget, e no campo da fotónica con resultados moi significativos en multiplexación óptica espacial clásica e cuántica, o que posibilita, por exemplo, a encriptación cuántica de alta dimensión, obxecto de estudo desta tese de doutoramento.
Por outra banda, QMatterPhotonics está a desenvolver dispositivos que permiten o procesado cuántico cuns poucos qubits, pero suficientes para aplicacións de propósito específico como proxectores de estados cuánticos, procesos autenticamente aleatorios, sensores cuánticos, simuladores cuánticos, ou xeradores de estados cuánticos, entre outros.
