Criptografia quàntica per a assegurar la privacitat
2006/09/01 Lasa Oiarbide, Aitzol - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Cada vegada que s'utilitza la targeta de la caixa per a pagar una compra, perquè la transacció sigui segura, el codi de la targeta i tota la informació bancària està encriptada. L'usuari de l'ordinador que accedeix pel seu compte també utilitza el codi. Els tècnics de les empreses emeten missatges entre si i no volen que la competència sàpiga en què funcionen. Els científics, per part seva, guarden les seves recerques sota clau fins que estan disposats a publicar-les, però alhora donen accés als seus col·laboradors a l'ordinador on guarden la informació perquè puguin consultar-la. Tot això a través de programes informàtics que encripten la informació.
La criptografia, per tant, està al voltant de tots. Però, malgrat això, no ho usem de manera natural. És cert que tenim un codi d'usuari per a accedir a l'ordinador, però enviem missatges sense encriptar per Internet. No obstant això, amb la tecnologia actual no és possible observar tot el trànsit d'informació que circula per Internet.
Algorismes informàtics
En l'actualitat existeixen algorismes segurs d'encriptació de missatges. Bé, aquests algorismes en teoria no són segurs, però en la pràctica sí. És a dir, teòricament hi ha una via per a desxifrar aquests missatges codificats, però la tecnologia necessària per a això i la força de computació no estan disponibles. De fet, tots els sistemes de criptografia actuals estan basats en el mateix principi, és a dir, un sistema és segur, si bé tots els ordinadors que hi ha en el món treballen alhora, necessiten tant temps com l'univers per a desxifrar un sol missatge.
No obstant això, existeix un altre model de criptografia, anomenat criptografia quàntica, que no depèn de la força computacional dels ordinadors actuals. Aquest model de criptografia, basat en la física de partícules, és un concepte desenvolupat juntament amb els ordinadors quàntics.
A diferència dels sistemes de criptografia utilitzats actualment, la criptografia quàntica és segura en si mateixa, és a dir, no existeix una forma física de desxifrar un missatge codificat mitjançant criptografia quàntica. I no és un concepte teòric, sinó una tecnologia que s'està desenvolupant dia a dia.
Però, si els sistemes de criptografia actuals ofereixen la seguretat necessària, per què és necessari desenvolupar criptografia quàntica? No és perdre temps i diners? Doncs no. Si en algun moment construeixen un ordinador quàntic, aquest deixarà qualitativament enrere a tots els ordinadors actuals i, amb això, deixarà inservibles tots els sistemes de criptografia actuals.
Ordinadors quàntics
Els ordinadors actuals utilitzen bits per a realitzar càlculs bàsics. El bit és un dígit d'aritmètica binària amb dos possibles valors, 0 i 1. Mitjançant els bits, un ordinador convencional realitza càlculs seqüencials. Realitza un càlcul i després un altre.
Per contra, un ordinador quàntic no utilitza els bits convencionals, sinó els bits quàntics, i els bits quàntics tenen un comportament molt diferent. Les propietats de les partícules s'utilitzen per a definir els bits quàntics, actuant segons el principi d'incertesa d'Heissenberg.
Encara que sembli increïble, un bit quàntic presa simultàniament els valors 0 i 1, per la qual cosa l'ordinador quàntic no realitza els càlculs seqüencialment sinó simultàniament. I per si no fos prou, el nombre de càlculs que un ordinador quàntic pot realitzar simultàniament augmenta exponencialment respecte al nombre de bits. És a dir, un bit quàntic pot realitzar dues operacions simultàniament, però 2 bits quàntics realitzaran 4 operacions, 5 bits quàntics realitzaran 32 operacions i 20 bits quàntics portaran més d'un milió. Simultàniament.
Física de Fotons
Amb aquesta altíssima velocitat de computació, els ordinadors quàntics realitzarien durant un temps raonable els càlculs que els ordinadors convencionals realitzarien en eternitat, la qual cosa inserviría als sistemes de criptografia actuals. Per tant, si suposem que aquest ordinador revolucionari és una realitat, com es pot aconseguir que la informació es guardi i es transmeti de manera segura? Doncs bé, si la força de l'ordinador quàntic es basa en la teoria quàntica, és lògic pensar que la pròpia teoria quàntica permetrà crear un model de criptografia segur.
Aquest model de criptografia es denomina criptografia quàntica i els experiments que s'han realitzat fins al moment es basen en fotons. Els fotons tenen la propietat que es diu angle de vibració, és a dir, vibren en una direcció determinada.
La llum blanca produeix fotons que vibren en totes les direccions, però mitjançant un filtre polaroid es poden seleccionar fotons amb un determinat angle de vibració. D'aquesta forma es pot obtenir una seqüència de fotons en els quals els fotons tenen angles de vibració predeterminats. No obstant això, si un ocular desitgés trobar aquesta seqüència, hauria de mesurar en primer lloc l'angle de vibració dels fotons, i aquesta mesura implica necessàriament un canvi en l'angle de vibració del propi fotó. És a dir, qui vulgui interceptar un missatge que no correspon a un mateix, rebria informació errònia i a més el destinatari del missatge s'adonaria que algú ha llegit aquesta informació.
Dins dels límits de la teoria quàntica es troben, per tant, tant el problema de guardar i transmetre informació de manera segura, com la solució d'aquest problema. L'ordinador quàntic deixa inutilitzada la criptografia actual, però al mateix temps ofereix criptografia quàntica, físicament indicible.
Avançant
El primer experiment sobre criptografia quàntica va ser realitzat per Charles Bennett fa gairebé 20 anys. En 1988 va aconseguir comunicar dos ordinadors situats a 30 centímetres de distància mitjançant una transmissió de fotons. Com s'ha comentat, una petita interacció pot modificar l'angle de vibració del fotó, per la qual cosa les primeres transmissions es van realitzar en mitjans hermètics.
En 1995 es va utilitzar una fibra òptica de 23 quilòmetres de longitud, des de Ginebra a Nyon, per a realitzar una comunicació xifrada per fotons. No obstant això, en el futur, l'objectiu dels investigadors és realitzar comunicacions via satèl·lit mitjançant la transmissió de fotons. En aquest camí, en el centre de recerca estatunidenca Els Àlbers, han realitzat una transmissió aèria de fotons d'un quilòmetre.
Tots aquests experiments deixen clar que la criptografia quàntica s'està desenvolupant i els científics esperen que aquesta criptografia estigui disponible per a la creació d'ordinadors quàntics.
Els codis i els sistemes de criptografia han evolucionat molt i els que usaven confiaven en aquestes xifres, però el temps ha demostrat que totes les xifres tenen els seus pollancres. La criptografia quàntica continua sent considerada impossible de desxifrar, ja que el seu desxifrat significaria, entre altres coses, que la teoria dels quàntics és defectuosa. Però qui sap el que ens ofereix el futur.
