¿Qué es el internet cuántico y cómo ayudará a establecer comunicaciones imposibles de hackear?

Todo lo que se relaciona con el mundo cuántico causa fascinación en el imaginario popular. Y no es para menos. Los avances tecnológicos y científicos que se están llevando a cabo a medida que se estudia y manipula el “universo” diminuto de los átomos son espectaculares. Dos tecnologías con campos de desarrollo muy prometedores son la computación cuántica y el internet cuántico.

Las computadoras cuánticas son máquinas mucho más potentes que las computadoras convencionales con las que hoy en día disponemos –incluso que las de mayor capacidad, a las que se les suele llamar supercomputadoras–. A diferencia del sistema clásico de información en el que su unidad básica son los bits, que pueden tener valor de 1 y 0; en el sistema cuántico se utilizan los cúbits (bit cuántico), que pueden ser 1 y 0 al mismo tiempo, fenómeno al que se le conoce como superposición y el cual permite que se procesen múltiples cálculos de forma simultánea.

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Los cúbits además están afectos al entrelazamiento cuántico –planteado por Albert Einstein en 1935–, que hace que estos puedan ser configurados de tal manera que si afectamos a uno, el otro también sea afectado por más que estén separados por grandes distancias .

Es así como las computadoras cuánticas pueden procesar en tan solo segundos cálculos que normalmente tardarían miles de años en ser resueltos con sistemas de computación convencionales, hecho al que se le conoce como supremacía cuántica o ventaja cuántica.

Claro que esta tecnología aún se encuentra en desarrollo y perfeccionamiento, por lo que no se tiene acceso a ella de manera masiva. De hecho, la computación cuántica por ahora se encuentra en una etapa en la que aún intenta demostrar que efectivamente funciona con capacidades superiores a las de los sistemas de computación clásicos.

Sin embargo, mirando a un futuro no tan lejano, los beneficios de este sistema son notables, ya que tendrán muchas aplicaciones útiles: desde modificar reacciones químicas para la creación de nuevos medicamentos, hasta desarrollar tecnologías para el cuidado de la salud o acelerar el diseño de baterías con nuevos materiales.

Si quieres conocer más sobre la computación cuántica puedes leer la nota que publicamos al respecto: “Computadoras cuánticas: ¿cómo resuelven en segundos tareas que tomarían miles de años? (¿y por qué aún es utópico su uso masivo?)”

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Una red de internet para las computadoras cuánticas

Esta introducción sobre las computadoras cuánticas ha sido necesaria para entender la importancia del nternet cuántico, que está intrínsecamente emparentada con aquellas.

Al respecto, Omar Ortiz, físico y docente de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y miembro del grupo de óptica cuántica de esta casa de estudios comenta a El Comercio que “para hacer algo útil en computación cuántica, se necesitan muchos cúbits, no hay un número claro, pero tranquilamente podemos estimar que está en el orden de los millones”.

El gran problema es que nos encontramos lejos de contar con un sistema de computación cuántica a esa escala y el desarrollo de la tecnología tampoco apunta a que algo así pueda lograrse en un futuro cercano.

Por eso, algunas personas ven como una posible solución a este inconveniente la unión de varias computadoras a través de una red de intercambio de información cuántica, esto es, el internet cuántico.

“Algo que se puede pensar para tratar de atacar este problema es conectar distintos sistemas de computación cuántica que estén en distintos lugares del mundo a través de una red cuántica, que básicamente es el internet cuántico”, señala el especialista.

“Si pudiéramos hacer eso, podríamos conectar distintos sistemas de cómputo cuántico y atacar problemas usando el poder de todos estos juntos, ya no por separado. De hecho, hay compañías que ya están invirtiendo un presupuesto enorme en comprar sistemas de computación cuántica, casi indiscriminadamente, y tratar de ponerlos en una misma central y conectarlas a una red cuántica para poder usar la capacidad de computo de todos estos en simultáneo, una sinergia –por así decirlo–, de estos”, precisa.

De esta forma, el internet cuántico haría posible intercambiar y procesar grandes volúmenes de datos, muy por encima de las capacidades de las supercomputadoras que existen hoy en día.

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Criptografía cuántica y un internet virtualmente inhackeable

La otra línea de desarrollo del internet cuántico tiene que ver con la criptografía cuántica, que permite establecer canales de comunicación virtualmente inhackeables.

“La criptografía cuántica es toda un área de investigación. Hay gente que desarrolla protocolos para comunicación y transmisión segura de información, así como también hay gente trabajando en cómo romper esos protocolos. En general, se aprovecha una de las propiedades de cómo se comporta el mundo cuántico durante una medición. Si bien uno puede tener superposición –estado de 1 y 0 a la vez–, cuando uno efectúa una medición, tu sistema colapsa en uno de estos valores. Entonces, dependiendo de qué es lo que midas alteras el estado de tu sistema, y esto es lo que –junto con el entrelazamiento– permite establecer una red de comunicación segura, ya que es posible verificar si alguien intentó hackearla”, señala el docente de la PUCP.

Mediante distintos protocolos de comunicación entre un emisor A y un receptor B (que en estos casos se les suele llamar Alice y Bob, comunicación entre Alice y Bob), si alguien trata de hacer una medición o trata de ver siquiera uno de los cúbits en los que se está enviando información, este va a colapsar. Bob y Alice pueden saber que su canal ha sido comprometido, por lo que –si es que se da el caso– simplemente empiezan de nuevo hasta que se logre transmitir una llave que les permite codificar toda la información, y estén así seguros de que nadie ha tratado de ver la información mientras estaba en el canal de comunicación. A esto se le conoce como distribución cuántica de llaves (QKD, por sus siglas en ingles).

En 2016, Beijing anunció que había lanzado el primer satélite de comunicaciones cuántico y un año después declaró que había podido utilizar ese satélite para establecer comunicaciones encriptadas imposibles de descifrar por ojos ajenos.

Un año después, el Gobierno chino anunció la creación de una red “inhackeable” de comunicaciones en Jinan a la que solo tendrían acceso 200 usuarios, entre militares y funcionarios gubernamentales y privados.

Por su parte, Estados Unidos y Europa también trabajan en el desarrollo de este tipo de sistemas, empresas como Google e IBM se encuentran en una carrera por conseguir la implementación de redes virtualmente inhackeables de comunicación.

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A través de la tierra o el espacio

Actualmente se exploran diferentes medios por los cuales construir las redes cuánticas. Hay distintas maneras de transmitir la información.

Por ejemplo, por tierra sería posible utilizar cables de fibra óptica como se hace con el internet que conocemos hoy en día. El inconveniente aquí es que la señal se deteriora con distancias largas. ¿Sería posible que se utilicen las redes ya existentes como base de un internet cuántico del futuro?

“Ahora se usa esa red para transmitir bits de información. Pero, en principio, si viaja luz por ahí, también podríamos transmitir estados cuánticos codificados. Sin embargo, los estados cuánticos son más susceptibles, probablemente va a haber otros elementos que se necesiten para poder hacer esto a escalar mundial”, explica Ortiz.

Una solución podría ser construir ‘quantum repiters’, una suerte de estaciones repetidora de internet que funcionen como laboratorios cuánticos en miniatura para reparar la señal.

La otra alternativa es transmitir el internet cuántico por el espacio, a través de satélites. Ya se llevó a cabo con éxito la teletransportación cuántica a través del espacio.

China lanzó un satélite que prepara fuentes de fotones entrelazados y puede establecer una red de comunicación cuántica entre distintos nodos.

“Teletransportar un estado es literalmente llevar un estado cuántico del punto A al punto B, entonces estos protocolos te permitirían establecer esta red. Imagínate, yo tengo dos nodos que quiero conectar, no hay una fibra de por medio, pero yo tengo acá en el medio un satélite con el que puedo enviar un estado entrelazado al punto A y al punto B, y teletransportar un estado de aquí a allá sin necesidad de que haya un canal entre estos dos. Eso es lo que permite hacer teletransportación”, acota el especialista.

Finalmente, lo más seguro es que se utilicen una combinación de vías para poder lograr el internet cuántico. Esta tecnología aún se encuentra en pleno desarrollo, esperemos que de aquí a cinco o diez años podamos ver los frutos.