Un aumento en el límite sin repetidores nos acerca a la criptografía cuántica comercial

La criptografía cuántica promete comunicaciones seguras basadas en las leyes fundamentales de la física. Sin embargo, llevar esta tecnología del laboratorio al mundo real es todo un reto, especialmente debido a las pérdidas de señal en largas distancias. Un reciente presenta un avance significativo en este aspecto: un sistema de distribución de claves cuánticas (QKD, por sus siglas en inglés) que supera el llamado «límite sin repetidores» utilizando tecnologías ya disponibles comercialmente.

¿Qué es el «límite sin repetidores»?

En la distribución de claves cuánticas las señales se transmiten a través de fibras ópticas. A medida que la distancia aumenta la señal se debilita debido a la pérdida de fotones. Este fenómeno impone un límite teórico conocido como el «límite sin repetidores», que establece la máxima distancia a la que se puede transmitir una clave cuántica sin utilizar dispositivos intermedios que amplifiquen o regeneren la señal.

El planteamiento por defecto hasta ahora ha sido que superar este límite requiere  el uso de repetidores cuánticos, dispositivos complejos y costosos que ni siquiera se puede decir que existan porque aún están en desarrollo. La alternativa ha sido desarrollar protocolos que optimicen la transmisión sin necesidad de estos repetidores.

El protocolo de emparejamiento de modos

El estudio introduce una implementación práctica del protocolo de emparejamiento de modos (MP-QKD), una técnica que permite distribuir claves cuánticas sin necesidad de una referencia de fase global. Sin necesidad de entrar en profundidades, el resultado es que esto simplifica significativamente el sistema y reduce los requisitos técnicos.

Una de las principales innovaciones del trabajo es la utilización de láseres comerciales, en lugar de los costosos láseres ultraestables que se han venido empleando. Para manejar las fluctuaciones de fase inherentes a estos láseres, los investigadores han desarrollado un esquema de seguimiento de frecuencia basado en la transformada rápida de Fourier. Esta técnica permite extender la longitud de emparejamiento de los pulsos, mejorando la eficiencia del sistema.

El sistema desarrollado logró una tasa óptima de generación de claves secretas a través de 403 kilómetros de fibra óptica estándar, con una pérdida de 76,5 decibelios. Este rendimiento aumenta el límite sin repetidores en un factor de casi 3, un logro sin precedentes utilizando tecnologías comerciales.

Más cerca del mundo real

La posibilidad de utilizar componentes comerciales reduce significativamente los costos y la complejidad de los sistemas de QKD, facilitando su adopción en aplicaciones del mundo real. Esto podría tener un impacto considerable en áreas como la banca, la defensa y las infraestructuras críticas, donde la seguridad de las comunicaciones es esencial.

El estudio demuestra que la criptografía cuántica práctica y escalable es una realidad alcanzable con las tecnologías actuales, marcando un hito en la evolución de las comunicaciones seguras.

Referencias:

Likang Zhang, Wei Li, Jiawei Pan, Yichen Lu, Wenwen Li, Zheng-Ping Li, Yizhi Huang, Xiongfeng Ma, Feihu Xu, and Jian-Wei Pan (2025) Experimental Mode-Pairing Quantum Key Distribution Surpassing the Repeaterless Bound Phys. Rev. X doi: 10.1103/PhysRevX.15.021037

Day, C. (2025) Toward Practical Quantum Cryptography  Physics 18, s53

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

El artículo Un aumento en el límite sin repetidores nos acerca a la criptografía cuántica comercial se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.