Criptografía cuántica para asegurar la privacidad
2006/09/01 Lasa Oiarbide, Aitzol - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Cada vez que se utiliza la tarjeta de la caja para pagar una compra, para que la transacción sea segura, el código de la tarjeta y toda la información bancaria está encriptada. El usuario del ordenador que accede por su cuenta también utiliza el código. Los técnicos de las empresas emiten mensajes entre sí y no quieren que la competencia sepa en qué funcionan. Los científicos, por su parte, guardan sus investigaciones bajo llave hasta que están dispuestos a publicarlas, pero a la vez dan acceso a sus colaboradores al ordenador donde guardan la información para que puedan consultarla. Todo ello a través de programas informáticos que encriptan la información.
La criptografía, por tanto, está alrededor de todos. Pero, a pesar de ello, no lo usamos de forma natural. Es cierto que tenemos un código de usuario para acceder al ordenador, pero enviamos mensajes sin encriptar por Internet. Sin embargo, con la tecnología actual no es posible observar todo el tráfico de información que circula por Internet.
Algoritmos informáticos
En la actualidad existen algoritmos seguros de encriptación de mensajes. Bueno, esos algoritmos en teoría no son seguros, pero en la práctica sí. Es decir, teóricamente hay una vía para descifrar esos mensajes codificados, pero la tecnología necesaria para ello y la fuerza de computación no están disponibles. De hecho, todos los sistemas de criptografía actuales están basados en el mismo principio, es decir, un sistema es seguro, si bien todos los ordenadores que hay en el mundo trabajan a la vez, necesitan tanto tiempo como el universo para descifrar un solo mensaje.
Sin embargo, existe otro modelo de criptografía, llamado criptografía cuántica, que no depende de la fuerza computacional de los ordenadores actuales. Este modelo de criptografía, basado en la física de partículas, es un concepto desarrollado junto con los ordenadores cuánticos.
A diferencia de los sistemas de criptografía utilizados actualmente, la criptografía cuántica es segura en sí misma, es decir, no existe una forma física de descifrar un mensaje codificado mediante criptografía cuántica. Y no es un concepto teórico, sino una tecnología que se está desarrollando día a día.
Pero, si los sistemas de criptografía actuales ofrecen la seguridad necesaria, ¿por qué es necesario desarrollar criptografía cuántica? ¿No es perder tiempo y dinero? Pues no. Si en algún momento construyen un ordenador cuántico, éste dejará cualitativamente atrás a todos los ordenadores actuales y, con ello, dejará inservibles todos los sistemas de criptografía actuales.
Ordenadores cuánticos
Los ordenadores actuales utilizan bits para realizar cálculos básicos. El bit es un dígito de aritmética binaria con dos posibles valores, 0 y 1. Mediante los bits, un ordenador convencional realiza cálculos secuenciales. Realiza un cálculo y luego otro.
Por el contrario, un ordenador cuántico no utiliza los bits convencionales, sino los bits cuánticos, y los bits cuánticos tienen un comportamiento muy diferente. Las propiedades de las partículas se utilizan para definir los bits cuánticos, actuando según el principio de incertidumbre de Heissenberg.
Aunque parezca increíble, un bit cuántico toma simultáneamente los valores 0 y 1, por lo que el ordenador cuántico no realiza los cálculos secuencialmente sino simultáneamente. Y por si fuera poco, el número de cálculos que un ordenador cuántico puede realizar simultáneamente aumenta exponencialmente respecto al número de bits. Es decir, un bit cuántico puede realizar dos operaciones simultáneamente, pero 2 bits cuánticos realizarán 4 operaciones, 5 bits cuánticos realizarán 32 operaciones y 20 bits cuánticos llevarán más de un millón. Simultáneamente.
Física de Fotones
Con esta altísima velocidad de computación, los ordenadores cuánticos realizarían durante un tiempo razonable los cálculos que los ordenadores convencionales realizarían en eternidad, lo que inserviría a los sistemas de criptografía actuales. Por tanto, si suponemos que ese ordenador revolucionario es una realidad, ¿cómo se puede conseguir que la información se guarde y se transmita de forma segura? Pues bien, si la fuerza del ordenador cuántico se basa en la teoría cuántica, es lógico pensar que la propia teoría cuántica permitirá crear un modelo de criptografía seguro.
Este modelo de criptografía se denomina criptografía cuántica y los experimentos que se han realizado hasta el momento se basan en fotones. Los fotones tienen la propiedad de que se llama ángulo de vibración, es decir, vibran en una dirección determinada.
La luz blanca produce fotones que vibran en todas las direcciones, pero mediante un filtro polaroid se pueden seleccionar fotones con un determinado ángulo de vibración. De esta forma se puede obtener una secuencia de fotones en los que los fotones tienen ángulos de vibración predeterminados. Sin embargo, si un ocular deseara encontrar esta secuencia, debería medir en primer lugar el ángulo de vibración de los fotones, y esta medida implica necesariamente un cambio en el ángulo de vibración del propio fotón. Es decir, quien quiera interceptar un mensaje que no corresponde a uno mismo, recibiría información errónea y además el destinatario del mensaje se daría cuenta de que alguien ha leído esa información.
Dentro de los límites de la teoría cuántica se encuentran, por tanto, tanto el problema de guardar y transmitir información de forma segura, como la solución de este problema. El ordenador cuántico deja inutilizada la criptografía actual, pero al mismo tiempo ofrece criptografía cuántica, físicamente indecible.
Avanzando
El primer experimento sobre criptografía cuántica fue realizado por Charles Bennett hace casi 20 años. En 1988 logró comunicar dos ordenadores situados a 30 centímetros de distancia mediante una transmisión de fotones. Como se ha comentado, una pequeña interacción puede modificar el ángulo de vibración del fotón, por lo que las primeras transmisiones se realizaron en medios herméticos.
En 1995 se utilizó una fibra óptica de 23 kilómetros de longitud, desde Ginebra a Nyon, para realizar una comunicación cifrada por fotones. Sin embargo, en el futuro, el objetivo de los investigadores es realizar comunicaciones vía satélite mediante la transmisión de fotones. En este camino, en el centro de investigación estadounidense Los Álamos, han realizado una transmisión aérea de fotones de un kilómetro.
Todos estos experimentos dejan claro que la criptografía cuántica se está desarrollando y los científicos esperan que esta criptografía esté disponible para la creación de ordenadores cuánticos.
Los códigos y los sistemas de criptografía han evolucionado mucho y los que usaban confiaban en esas cifras, pero el tiempo ha demostrado que todas las cifras tienen sus chopos. La criptografía cuántica sigue siendo considerada imposible de descifrar, ya que su descifrado significaría, entre otras cosas, que la teoría de los cuánticos es defectuosa. Pero quién sabe lo que nos depara el futuro.
