Aunque pueda sonar a ciencia ficción, en Madrid ya existe una red de comunicaciones cuánticas en funcionamiento. Se llama MadQCI (Madrid Quantum Communication Infrastructure) y conecta, mediante 700 kilómetros de red, 25 localizaciones repartidas por toda la Comunidad de Madrid.
Esta red cuántica no es un prototipo de laboratorio, sino una red real, que ya realiza ensayos dirigidos a diseñar las comunicaciones del futuro. Aunque de momento es solo un embrión, se espera que crezca hasta dar forma a la primera red cuántica que conecte Europa.
La clave está en la seguridad
A diferencia de la criptografía tradicional, cuya seguridad depende de la complejidad matemática de resolver ciertos problemas, la seguridad cuántica se apoya en principios físicos fundamentales. Mientras que los ordenadores clásicos operan con bits que solo pueden valer 0 o 1, los sistemas cuánticos utilizan qubits, capaces de existir en múltiples estados simultáneamente gracias a fenómenos cuánticos como la superposición o el entrelazamiento.
Esta propiedad permite crear redes en las que cualquier intento de observar o copiar la información altera inevitablemente el sistema, dejando en él una huella fácilmente detectable.
Puede entenderse con un ejemplo sencillo: es como enviar una carta escrita con una tinta especial que solo el destinatario puede leer. Si alguien intenta abrirla antes, el mensaje se altera y el intento de espionaje resulta evidente. De forma análoga, en la comunicación cuántica, observar la información implica dejar rastro. Las comunicaciones cuánticas ayudarán a mantener nuestros datos a salvo el día que los ordenadores cuánticos sean capaces de romper con los sistemas de encriptación que empleamos ahora en computación.
El equipo de MadQCI trabaja en el desarrollo de nuevas estrategias para compartir datos de forma segura entre distintos usuarios, sin que la comunicación suponga un riesgo. Su enfoque se basa justamente en aprovechar las leyes de la física cuántica para construir redes quantum safe.
El centro de la tecnología de MadQCI radica en la distribución cuántica de claves, o QKD (Quantum Key Distribution). Esta técnica permite intercambiar claves criptográficas con un nivel de seguridad sin precedentes, ya que, tal y como hemos visto, cualquier intento de interceptar la comunicación modifica el estado cuántico de la señal y queda inmediatamente al descubierto.
Primer paso hacia el internet cuántico
El proyecto MadQCI representa un primer paso hacia el cada vez más conocido internet cuántico: una red capaz de ofrecer comunicaciones intrínsecamente seguras y nuevas funcionalidades que a día de hoy no resultan accesibles.
Más allá de la seguridad de datos, el proyecto abre la puerta a nuevas formas de diseñar y gestionar las redes de telecomunicaciones, integrando tecnologías cuánticas y clásicas mediante arquitecturas avanzadas y soluciones definidas por software.
La red
La mayoría de las comunicaciones cuánticas basan su seguridad en el intercambio de claves cuánticas punto a punto: un emisor y un receptor conectados directamente comparten una clave secreta utilizando las propiedades de la física cuántica.
Pero una red cuántica va un paso más allá. En lugar de conectar únicamente dos puntos, interconecta múltiples nodos –como universidades, centros de datos o instituciones– formando una infraestructura compartida. Esto permite que diferentes usuarios intercambien información de manera flexible, dinámica y segura, de forma similar a cómo hoy funciona Internet, pero apoyándose en tecnologías cuánticas.
La red MadQCI actúa como eje central, conectando los nodos gracias a la coordinación entre científicos y técnicos de REDIMadrid y de la Universidad Politécnica de Madrid.
Dispositivos cuánticos
Cuando hablamos de redes de comunicaciones cuánticas, uno de los elementos clave son los llamados dispositivos cuánticos: equipos que permiten generar, enviar, recibir y medir claves seguras utilizando las leyes de la física cuántica.
A diferencia de los dispositivos electrónicos convencionales, que trabajan con señales clásicas –impulsos eléctricos o luminosos que representan unos y ceros–, los dispositivos cuánticos operan con partículas de luz, los fotones, en estados cuánticos muy delicados.
La Red MadQCI cuenta con 30 dispositivos cuánticos destinados a la experimentación y al desarrollo de aplicaciones avanzadas. Una cifra para nada trivial.
Las dificultades
A pesar de los avances logrados, el despliegue de redes cuánticas terrestres a gran escala sigue afrontando retos importantes. Las señales cuánticas son extremadamente frágiles y se degradan con rapidez al propagarse por la fibra óptica, sin posibilidad de ser amplificadas como en las comunicaciones clásicas, lo que limita su alcance. Para superar esta barrera se están desarrollando tecnologías como los repetidores y las memorias cuánticas, aún en fases tempranas, que permitirán extender las comunicaciones sin comprometer su seguridad.
A ello se suma el desafío de integrar las redes cuánticas con las infraestructuras de telecomunicaciones tradicionales y de crear nuevas capas de software y componentes más robustos que hagan viable su operación a gran escala.
Pero no hay que tirar la toalla. Aunque el camino es complejo, los avances actuales apuntan a un futuro próximo en el que las comunicaciones cuánticas pasarán del laboratorio a formar parte de nuestra vida cotidiana.
La apuesta
MadQCI sitúa a la Comunidad de Madrid en la vanguardia de una tecnología llamada a transformar la forma en que protegemos la información. Pero este no es un proyecto impulsado por una sola institución, sino el resultado de la colaboración entre numerosos centros de investigación y organismos públicos.
MadQCI forma parte de los Planes Complementarios de I+D+I del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, dentro del área dedicada a la comunicación cuántica. Además, está alineado con la iniciativa europea EuroQCI, cuyo objetivo es construir una red cuántica segura que conecte a los países de la Unión Europea.
Autoría: David Rincón Llorente, Quantum Communications and Chief Network Engineer, IMDEA
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
