Investigadores crean tecnología clave para la comercialización de criptografía cuántica

En los criptosistemas modernos, los usuarios generan claves públicas y privadas que garantizan la seguridad basada en la complejidad computacional y las utilizan para cifrar y descifrar información. Sin embargo, recientemente, los criptosistemas de clave pública modernos se han enfrentado a posibles lagunas de seguridad contra las computadoras cuánticas con gran poder de cómputo. Como solución, los criptosistemas cuánticos han sido muy notados. Utilizan claves cuánticas que garantizan la seguridad basada en la física cuántica en lugar de la complejidad computacional; por lo tanto, son seguros incluso contra las computadoras cuánticas. Por lo tanto, se espera que los criptosistemas cuánticos reemplacen a los criptosistemas modernos.

La distribución de claves cuánticas (QKD) es la tecnología más importante para realizar criptosistemas cuánticos. Se deben abordar dos problemas técnicos principales para comercializar QKD. Una es la distancia de comunicación y la otra es la expansión de la comunicación uno a uno (1:1) a la comunicación de red uno a muchos (1:N) o muchos a muchos (N:N).

El QKD de campo doble (TF), anunciado en 2018, es un protocolo de larga distancia que puede aumentar drásticamente la distancia de comunicación de los sistemas QKD. En TF QKD, dos usuarios pueden distribuir una clave mediante la transmisión de señales cuánticas a un tercero intermedio que es para la medición. Dada la inevitable pérdida de canales, esta arquitectura permite a los usuarios aumentar la distancia de comunicación. Sin embargo, a pesar de su carácter innovador, solo unos pocos grupos líderes globales de QKD lo han demostrado experimentalmente debido a la gran dificultad de implementación del sistema, y ​​la investigación sobre la red TF QKD aún es insuficiente.

El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST, Director Seok-jin Yoon) anunció que su equipo de investigación, el Centro de Información Cuántica, dirigido por el director Sang-Wook Han, logró una demostración experimental de una red TF QKD práctica. Esta es la segunda demostración experimental de la red TF QKD en el mundo después de la Universidad de Toronto en Canadá.

En su estudio publicado en Información cuántica de npj, el equipo de investigación propuso una nueva estructura de red TF QKD escalable a una red de dos a muchos (2:N) basada en multiplexación por división de polarización, tiempo y longitud de onda. A diferencia de la primera demostración de la Universidad de Toronto basada en una estructura de red en anillo, la arquitectura del equipo de investigación se basa en una red en estrella. La señal cuántica en una estructura de anillo debe pasar a través de cada usuario conectado al anillo, sin embargo, la estructura de estrella solo la hace pasar por el centro, lo que permite implementar un sistema QKD más práctico.

Además, para superar los principales obstáculos de implementación para desarrollar el sistema TF QKD, el equipo aplicó una estructura plug-and-play (PnP). Un sistema TF QKD convencional requiere muchos sistemas de control, como controladores de tiempo, longitud de onda, fase y polarización, para mantener la indistinguibilidad de dos señales cuánticas emitidas por las diferentes fuentes de luz de dos usuarios. Mientras que en la arquitectura PnP TF QKD desarrollada por el equipo de investigación de KIST, el tercero medio genera y transmite las señales iniciales a ambos usuarios utilizando una sola fuente de luz, y las señales regresan al tercero haciendo un viaje de ida y vuelta. Por lo tanto, la deriva de polarización debida al efecto de birrefringencia del canal se compensa automáticamente y los usuarios tienen fundamentalmente la misma longitud de onda. Además, debido a que las dos señales pasan por la misma ruta en direcciones opuestas, los tiempos de llegada de las señales son naturalmente idénticos. Como resultado, solo se requiere un controlador de fase para implementar la arquitectura del equipo de investigación. Basándose en la arquitectura, el equipo realizó con éxito una demostración experimental de una red TF QKD.

«Es un logro de investigación significativo que muestra la posibilidad de resolver los dos obstáculos principales para la comercialización de QKD, y hemos obtenido una tecnología clave que lidera la investigación correspondiente», dijo Sang-Wook Han, líder del Centro de Información Cuántica.

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología