Criptografía cuántica paira asegurar a privacidade
2006/09/01 Lasa Oiarbide, Aitzol - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Cada vez que se utiliza o cartón da caixa paira pagar una compra, para que a transacción sexa segura, o código do cartón e toda a información bancaria está encriptada. O usuario do computador que accede pola súa conta tamén utiliza o código. Os técnicos das empresas emiten mensaxes entre si e non queren que a competencia saiba en que funcionan. Os científicos, pola súa banda, gardan as súas investigacións baixo chave ata que están dispostos a publicalas, pero á vez dan acceso aos seus colaboradores ao computador onde gardan a información para que poidan consultala. Todo iso a través de programas informáticos que encriptan a información.
A criptografía, por tanto, está ao redor de todos. Pero, a pesar diso, non o usamos de forma natural. É certo que temos un código de usuario paira acceder ao computador, pero enviamos mensaxes sen encriptar por Internet. Con todo, coa tecnoloxía actual non é posible observar todo o tráfico de información que circula por Internet.
Algoritmos informáticos
Na actualidade existen algoritmos seguros de encriptación de mensaxes. Bo, eses algoritmos en teoría non son seguros, pero na práctica si. É dicir, teoricamente hai una vía paira descifrar esas mensaxes codificados, pero a tecnoloxía necesaria paira iso e a forza de computación non están dispoñibles. De feito, todos os sistemas de criptografía actuais están baseados no mesmo principio, é dicir, un sistema é seguro, aínda que todos os computadores que hai no mundo traballan á vez, necesitan tanto tempo como o universo paira descifrar unha soa mensaxe.
Con todo, existe outro modelo de criptografía, chamado criptografía cuántica, que non depende da forza computacional dos computadores actuais. Este modelo de criptografía, baseado na física de partículas, é un concepto desenvolvido xunto cos computadores cuánticos.
A diferenza dos sistemas de criptografía utilizados actualmente, a criptografía cuántica é segura en si mesma, é dicir, non existe una forma física de descifrar unha mensaxe codificado mediante criptografía cuántica. E non é un concepto teórico, senón una tecnoloxía que se está desenvolvendo día a día.
Pero, se os sistemas de criptografía actuais ofrecen a seguridade necesaria, por que é necesario desenvolver criptografía cuántica? Non é perder tempo e diñeiro? Pois non. Si nalgún momento constrúen un computador cuántico, este deixará cualitativamente atrás a todos os computadores actuais e, con iso, deixará inservibles todos os sistemas de criptografía actuais.
Computadores cuánticos
Os computadores actuais utilizan bits paira realizar cálculos básicos. O bit é un díxito de aritmética binaria con dous posibles valores, 0 e 1. Mediante os bits, un computador convencional realiza cálculos secuenciales. Realiza un cálculo e logo outro.
Pola contra, un computador cuántico non utiliza os bits convencionais, senón os bits cuánticos, e os bits cuánticos teñen un comportamento moi diferente. As propiedades das partículas utilízanse paira definir os bits cuánticos, actuando segundo o principio de incerteza de Heissenberg.
Aínda que pareza incrible, un bit cuántico toma simultaneamente os valores 0 e 1, polo que o computador cuántico non realiza os cálculos secuencialmente senón simultaneamente. E aínda por riba, o número de cálculos que un computador cuántico pode realizar simultaneamente aumenta exponencialmente respecto ao número de bits. É dicir, un bit cuántico pode realizar dúas operacións simultaneamente, pero 2 bits cuánticos realizarán 4 operacións, 5 bits cuánticos realizarán 32 operacións e 20 bits cuánticos levarán máis dun millón. Simultaneamente.
Física de Fotóns
Con esta altísima velocidade de computación, os computadores cuánticos realizarían durante un tempo razoable os cálculos que os computadores convencionais realizarían en eternidade, o que inserviría aos sistemas de criptografía actuais. Por tanto, se supomos que ese computador revolucionario é una realidade, como se pode conseguir que a información se garde e transmítase de forma segura? Pois ben, se a forza do computador cuántico baséase na teoría cuántica, é lóxico pensar que a propia teoría cuántica permitirá crear un modelo de criptografía seguro.
Este modelo de criptografía denomínase criptografía cuántica e os experimentos que se realizaron até o momento baséanse en fotóns. Os fotóns teñen a propiedade de que se chama ángulo de vibración, é dicir, vibran nunha dirección determinada.
A luz branca produce fotóns que vibran en todas as direccións, pero mediante un filtro polaroid pódense seleccionar fotóns cun determinado ángulo de vibración. Desta forma pódese obter una secuencia de fotóns nos que os fotóns teñen ángulos de vibración predeterminados. Con todo, se un ocular desexase atopar esta secuencia, debería medir en primeiro lugar o ángulo de vibración dos fotóns, e esta medida implica necesariamente un cambio no ángulo de vibración do propio fotón. É dicir, quen queira interceptar unha mensaxe que non corresponde a un mesmo, recibiría información errónea e ademais o destinatario da mensaxe daríase conta de que alguén leu esa información.
Dentro dos límites da teoría cuántica atópanse, por tanto, tanto o problema de gardar e transmitir información de forma segura, como a solución deste problema. O computador cuántico deixa inutilizada a criptografía actual, pero ao mesmo tempo ofrece criptografía cuántica, fisicamente indicible.
Avanzando
O primeiro experimento sobre criptografía cuántica foi realizado por Charles Bennett fai case 20 anos. En 1988 logrou comunicar dous computadores situados a 30 centímetros de distancia mediante unha transmisión de fotóns. Como se comentou, una pequena interacción pode modificar o ángulo de vibración do fotón, polo que as primeiras transmisións realizáronse en medios herméticos.
En 1995 utilizouse una fibra óptica de 23 quilómetros de lonxitude, desde Xenebra a Nyon, paira realizar una comunicación cifrada por fotóns. Con todo, no futuro, o obxectivo dos investigadores é realizar comunicacións vía satélite mediante a transmisión de fotóns. Neste camiño, no centro de investigación estadounidense Os Álamos, realizaron una transmisión aérea de fotóns dun quilómetro.
Todos estes experimentos deixan claro que a criptografía cuántica está a desenvolverse e os científicos esperan que esta criptografía estea dispoñible paira a creación de computadores cuánticos.
Os códigos e os sistemas de criptografía evolucionaron moito e os que usaban confiaban nesas cifras, pero o tempo demostrou que todas as cifras teñen os seus chopos. A criptografía cuántica sigue sendo considerada imposible de descifrar, xa que o seu descifrado significaría, entre outras cousas, que a teoría dos cuánticos é defectuosa. Pero quen sabe o que nos depara o futuro.
