Una de las grandes ventajas de la comunicación cuántica es la posibilidad de enviar mensajes entre dos puntos en el espacio con perfecta seguridad. Lo que no resulta tan ideal es el hecho de que la criptografía cuántica esté limitada a partir de los 100 kilómetros.
Esto se debe a que cuando los fotones son enviados a lo largo de mayores distancias tienden a ser absorbidos por el vidrio de los cables de fibra óptica y por la atmósfera. Esto provoca errores demasiado grandes como para conseguir una privacidad perfecta.
Pero hay una forma potencial de evitarlo, y consiste en enviar fotones a un vehículo espacial en órbita para que después éste retransmita el mensaje de forma segura cuando esté sobre otra parte del planeta. Esto es posible gracias a que cuando se envían fotones hacia el espacio sólo tienen que recorrer unas pocas decenas de kilómetros de atmósfera.
Por tanto, a nadie sorprende que los gobie os de todo el mundo tengan un gran interés en la explotación de la criptografía cuántica basada en el espacio. De hecho el año pasado ya informamos sobre un equipo chino que había logrado reflejar con éxito fotones individuales en un satélite en órbita, para simular el envío de fotones a la Tierra desde un satélite.
El equipo chino aseguró que la demostración supuso un paso crucial para la criptografía cuántica basada en el espacio. Sin embargo, la posibilidad de enviar fotones individuales desde la órbita y recibirlos en la Tierra no es suficiente.
Un factor clave es la tasa de error durante el proceso. Si la tasa de error está por encima del 11%, la criptografía cuántica no funciona.
Por tanto, una de las cuestiones importantes que hay que aclarar es si la tasa de error es lo suficientemente pequeña.
Una respuesta a esta cuestión nos llega gracias al trabajo de Giuseppe Vallone en la Universidad de Padua (Italia) y varios colegas. Han logrado reflejar fotones polarizados en una serie de distintos satélites y medir la tasa de error en los fotones que regresan a la Tierra.
Y hay buenas noticias. Muestran claramente que la tasa de error puede reducirse por debajo del umbral crítico.
Pero consideremos otros antecedentes del caso. Un problema que tienen los investigadores interesados en poner a prueba la criptografía cuántica desde el espacio es que todavía no existe ningún vehículo espacial capaz de producir fotones coherentes que puedan transportar información.
En su lugar, para reflejar los fotones los investigadores han tenido que depender del uso de satélites diseñados para reflejar la luz de vuelta a la Tierra. Estos satélites en general se utilizan para la geodesia, es decir, la medición de la forma de la Tierra mediante el análisis de pequeños cambios en su órbita. Para ello, los satélites tienen unos espejos conocidos como retroreflectores de esquina de cubo para hacer mediciones con láser desde la Tierra.
Con la criptografía cuántica no basta con reflejar un fotón. También es necesario preservar su polarización. Así que estos retrorreflectores de esquina de cubo deben contar con recubrimientos metálicos en lugar de usar recubrimientos dieléctricos o reflectores sin recubrimiento, que no conservan la polarización.
Vallone y compañía eligieron cuatro satélites de órbita terrestre baja que cuentan exactamente con este tipo de retroreflectores de esquina de cubo: Jason-2, Larets, Starlettte y Stella. Para comparar resultados también utilizaron el satélite japonés Ajisai, que cuenta con retroreflectores de esquina de cubo sin recubrimiento.
Utilizaron las instalaciones del Observatorio de Medición por Láser de Matera, en el sur de Italia, para hacer rebotar los fotones polarizados en cada uno de los satélites y medir el rendimiento, poniendo especial atención a la tasa de error de bit cuántico.
Descubrieron que la tasa de error de Ajisai estaba cerca del 50%, tal y como se esperaba de un dispositivo que destruye toda la información de polarización. Por el contrario, todas las tasas de error de los otros satélites estuvieron por debajo del 11%.
"La tasa de error de bit cuántico fue lo suficientemente baja como para demostrar la viabilidad de protocolos de información cuántica tales como la distribución de claves cuánticas a lo largo de un canal en el espacio", aseguran.
Esto supone un útil avance en la carrera por proporcionar canales de comunicación perfectamente seguros entre las distintas partes del planeta.
Es un área con probabilidades de avanzar rápidamente dadas las evidentes ventajas que tiene sobre los canales de comunicación convencionales. Así que no es de extrañar que investigadores de China y Europa estén a la carrera por conquistar este dominio.
El año pasado los chinos anunciaron planes para lanzar un vehículo espacial en 2016, conocido como Satélite Chino de Ciencia Cuántica, específicamente diseñado para probar estos conceptos. Además, varios científicos europeos han propuesto un experimento de comunicaciones cuánticas que podría ser enviado a la estación espacial inte acional.
Los planes de Estados Unidos están mucho menos claros. Esto podría deberse a que el trabajo se esté realizando a puertas cerradas. Por otro lado, también puede ser que EEUU esté a la zaga.
La primera opción parece clara: la experiencia de Estados Unidos en este área es tan buena como la de cualquier otro país. Pero a nadie le extrañaría si la segunda opción también resultase ser cierta.
Ref: arxiv.org/abs/1406.4051: Experimental Satellite Quantum Communications