China y Sudáfrica han logrado establecer el enlace satelital cuántico más extenso del mundo. El nuevo satélite Jinan-1 se conectó con una estación terrestre portátil situada en el edificio de Ingeniería de la Universidad de Stellenbosch (US), a una distancia de 12,900 kilómetros desde la órbita baja terrestre. Este experimento representa el primer envío de claves cuánticas (QKD o Quantum Key Distribution) a prueba de interferencias realizado en el hemisferio sur.
Avances en la investigación cuántica
La investigación en física cuántica está impulsada por la posibilidad de crear sistemas de comunicación completamente seguros. Estos sistemas se basan en principios cuánticos, como el de incertidumbre de partículas fundamentales como los fotones. El protocolo de envío de claves cuánticas consiste en distribuir una clave entre dos puntos utilizando la polarización de los fotones para cifrar datos. Si un agente externo intenta interceptar la clave, altera el estado cuántico y su intento de espionaje queda expuesto.
La Universidad de Ciencia y Tecnología de China, en colaboración con la universidad sudafricana, logró establecer un sistema QKD utilizando fotones. Según un artículo publicado en Nature, los investigadores generaron 1.07 millones de bits seguros con la ayuda del microsatélite Jinan-1 y una unidad receptora portátil. Estas claves se utilizaron para cifrar imágenes confidenciales.
Desarrollo de tecnologías cuánticas
China cuenta con una amplia experiencia en comunicaciones cuánticas basadas en fotones. Según la Universidad de Stellenbosch, los científicos chinos han desarrollado una red cuántica terrestre basada en fibra óptica que abarca 2,000 kilómetros e incluye 32 nodos de confianza entre sus principales ciudades. Actualmente, están trabajando en perfeccionar la transmisión de información intercontinental mediante una constelación de satélites. En 2017, lograron enlazar un satélite con Austria a 7,600 kilómetros, pero su reciente colaboración con Sudáfrica ha duplicado prácticamente esa distancia.
“Con esta configuración, demostramos la distribución de claves cuánticas basadas en satélites con múltiples estaciones terrestres. Además, multiplexamos la comunicación óptica bidireccional satélite-tierra con comunicación cuántica, permitiendo la destilación de claves y la comunicación segura en tiempo real”, señala el artículo de investigación.
Innovaciones en el diseño satelital
El diseño del satélite Jinan-1 y la estación portátil representan un hito significativo. Los científicos han conseguido reducir drásticamente su tamaño en comparación con modelos anteriores. Por ejemplo, el satélite chino Micius, que logró el enlace en 2017, pesaba 600 kilogramos, mientras que la carga útil del Jinan-1 es de aproximadamente 23 kilogramos. Además, su construcción es 45 veces más económica. La estación portátil para recibir información cuántica pesa solo 100 kilogramos, lo que facilita su despliegue en casi cualquier ubicación.
El sistema de distribución de claves cuánticas promete convertirse en una herramienta esencial para proteger las comunicaciones gubernamentales, bancarias y militares frente a ciberataques. Aunque esta tecnología aún se encuentra en fase experimental, cada vez más naciones están mostrando avances significativos. Un método prometedor que se está desarrollando es la llamada «teletransportación de información» mediante el entrelazamiento cuántico.