Debajo de muchas ciudades hay redes complejas de fibras ópticas que transportan datos, codificados en pulsos de luz, a oficinas y hogares. Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) y Singtel, el grupo líder en tecnología de comunicaciones de Asia, han demostrado una técnica que ayudará a los pares de partículas de luz a navegar sin problemas por estas redes, un avance que permitirá una mayor seguridad cibernética. La demostración se realizó a lo largo de 10 km de la red de fibra de Singtel. Este proyecto, llevado a cabo en Singapur, está impulsado por el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Seguridad Cibernética NUS-Singtel, una asociación público-privada respaldada por la Fundación Nacional de Investigación, Oficina del Primer Ministro, Singapur. Se basa en la experiencia del Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) en NUS.
Aquí se muestra un dispositivo desarrollado en el Laboratorio de I + D de Cyber Security de NUS-Singtel que crea partículas de luz, conocidas como fotones, que están conectadas por la propiedad cuántica del enredo. Crédito: Universidad Nacional de Singapur
Este nuevo enfoque admite la implementación de una tecnología conocida como distribución de clave cuántica (QKD). Transmitido a través de redes de fibra, utiliza señales enviadas en partículas de luz conocidas como fotones. La detección de fotones individuales crea claves de cifrado para una comunicación segura. Los datos encriptados con tales claves son resistentes a todos los hacks computacionales.
Los ensayos de QKD se están llevando a cabo en todo el mundo a medida que los gobiernos y las empresas reconocen la necesidad de fortalecer su seguridad cibernética. Los ensayos de QKD llevados a cabo por el equipo NUS-Singtel utilizan pares de fotones que están conectados por la propiedad cuántica del enredo. La mayoría de los esquemas QKD requieren que el remitente y el receptor de un mensaje secreto intercambien fotones directamente o confíen en la fuente de sus claves. Con este enfoque alternativo, es posible verificar la seguridad de una clave proporcionada por un proveedor externo.
Funciona así: el proveedor crearía un par de fotones, luego los dividiría y enviaría uno a cada una de las dos partes que desean comunicarse de manera segura. El entrelazamiento significa que cuando las partes miden sus fotones, obtienen resultados coincidentes, ya sea un 0 o un 1. Al hacer esto para muchos fotones, cada parte tiene patrones idénticos de 0 y 1, lo que les da una clave para bloquear y desbloquear un mensaje.
Normalmente, cada fotón se encuentra con una carrera de obstáculos diferente de segmentos de fibra empalmados y cajas de conexiones. En sus caminos, los fotones también sufren dispersión, donde se dispersan de manera efectiva. Esto afecta la capacidad de los operadores para rastrear los fotones.
El nuevo truco, publicado el 4 de abril en la revista científica Applied Physics Letters, mantiene sincronizados los fotones enredados a medida que viajan por diferentes caminos a través de la red. Esto es importante porque se identifican por la diferencia entre los tiempos de llegada al detector.
“La información de tiempo es lo que nos permite vincular pares de eventos de detección. Preservar esta correlación nos ayudará a crear claves de cifrado más rápido”,
dice James Grieve, investigador del equipo.
La técnica funciona diseñando cuidadosamente la fuente de fotones para crear pares de partículas de luz con colores a cada lado de una característica conocida de la fibra óptica llamada “longitud de onda de dispersión cero”. Normalmente, en las fibras ópticas, la luz más azul llegaría más rápido que la luz más roja, extendiendo los tiempos de llegada de los fotones. Trabajar alrededor del punto de dispersión cero hace posible igualar las velocidades a través del entrelazamiento de energía-tiempo de los fotones. Entonces el tiempo se conserva.
El profesor asociado Alexander Ling, investigador principal de CQT, dirigió este trabajo para el laboratorio NUS-Singtel. Él dijo: “Antes de estos resultados, no se sabía si la naturaleza de segmentos múltiples de la fibra desplegada permitiría una cancelación de dispersión de alta precisión, porque los segmentos generalmente no tienen longitudes de onda de dispersión cero idénticas”.
Al demostrar que puede funcionar, el equipo aumenta las expectativas de QKD sobre la fibra comercial. Los fotones enredados también podrían encontrar otras aplicaciones. Por ejemplo, los fotones en cada par se crean dentro de femtosegundos entre sí. Sus tiempos de llegada coordinados podrían sincronizar los relojes para operaciones de tiempo crítico como el comercio financiero.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Center for Quantum Technologies en la Universidad Nacional de Singapur.