La multiplicación por diez de un aspecto clave de las comunicaciones cuánticas es sólo uno de los varios avances recientes de equipos de investigación chinos que tienen importantes implicaciones para el futuro de la informática y las comunicaciones.
Los sistemas de comunicaciones cuánticas transmiten información mediante bits cuánticos: partículas que existen en dos estados hasta que son observadas. Si un enemigo observa estos qubits, es decir, intercepta un mensaje, pierden esta cualidad de «superposición». La información que transportan se pierde y, además, la interceptación es fácilmente detectable. (Pero los destinatarios pueden interpretar la información porque se les envía algo llamado claves cuánticas. La incapacidad de enviar un número suficiente de estas claves ha sido un cuello de botella en la búsqueda de comunicaciones cuánticas prácticas.
Ahora, un equipo de científicos chinos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha logrado un gran avance: multiplicar por diez la tasa de distribución estable de claves cuánticas. Dirigido por Pan Jianwei, investigador condecorado de la USTC, y Xu Feihu, formado en el MIT, el equipo consiguió transmitir 115,8 megabytes de datos cifrados por segundo a través de un canal de fibra óptica de 10 kilómetros, lo que supone multiplicar por más de diez el récord anterior de unos 10 Mb/s. Este avance permite a los sistemas manejar muchos más datos, archivos más grandes y más usuarios.
Sin embargo, otro reto para los sistemas cuánticos es que cualquier aumento de la distancia o el ancho de banda empieza a introducir una gran cantidad de errores y decoherencia. Esto es consecuencia de la delicada superposición de los qubits, que a menudo introduce tasas de error inaceptables y cuellos de botella computacionales. Aunque estos errores pueden corregirse utilizando qubits adicionales, esto requiere más potencia de cálculo. Incluso puede introducir más errores; los propios qubits correctores también son delicados.
Sin embargo, otro equipo chino, dirigido por Yu Dapeng, del Instituto de Ciencia e Ingeniería Cuánticas de Shenzhen, así como por investigadores de las universidades de Tsinghua y Fuzhou, también está avanzando en este problema. En marzo, el equipo anunció un nuevo sistema de corrección de errores en tiempo real en sistemas cuánticos. Su método corrige el potencial de error añadido de los qubits adicionales, mejora la estabilidad del almacenamiento de información y requiere menos recursos, lo que permite a los sistemas cuánticos obtener un resultado neto positivo en cuanto a intensidad de recursos.
Más allá de las comunicaciones cuánticas
Estos avances son el resultado de un impulso más amplio de Pekín por la supremacía en tecnologías cuánticas y las muchas aplicaciones de seguridad nacional que prometen, incluso más allá del santo grial de las comunicaciones que revelarían cualquier intento de pirateo. Los ordenadores cuánticos, capaces de resolver en milisegundos cálculos complejos que a los ordenadores convencionales les llevaría billones de años, descifrarían sin esfuerzo la mayoría de los cifrados actuales, impulsarían el aprendizaje automático y la inteligencia artificial a nuevos niveles, permitirían realizar simulaciones y predicciones complejas y darían un vuelco a la I+D científica en campos que van desde la química a la biología sintética.
El interés del Ejército Popular de Liberación en estos campos y el trabajo cuántico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China se remonta a 2012, cuando la universidad firmó un acuerdo de cooperación estratégica con la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa del Ejército Popular de Liberación en materia de investigación en computación cuántica. A la ceremonia de la firma asistieron el ya mencionado Pan Jianwei y el General de División Yang Xuejun. La Universidad también tiene un acuerdo de cooperación con AVIC, el megaconglomerado estatal chino que produce plataformas para las Fuerzas Aéreas del EPL, así como acuerdos con Yale, Cambridge y otras organizaciones internacionales.
Según estimaciones de Global Quantum Intelligence, es probable que el Gobierno chino haya gastado al menos 25.000 millones de dólares en este campo. Gran parte se destina a laboratorios cuánticos, según un informe de 2022 de la Corporación RAND: 1.060 millones de dólares en 2017 y otros 2.950 millones hasta 2022. El Gobierno chino también ha financiado empresas privadas. Pan Jianwei, jefe de equipo del avance en comunicaciones cuánticas, fundó la empresa de tecnología cuántica QuantumCtek en 2009. En 2020, la empresa recibió financiación de la empresa estatal China Telecom para establecer líneas de comunicación con cifrado cuántico en 15 provincias chinas.
Estas inversiones están dando sus frutos. Además de los logros mencionados, China también ha liderado avances masivos en procesadores cuánticos superenfriados y basados en la luz.
Que no cunda el pánico
Con todo, la preocupación por una «supremacía cuántica» china debe suavizarse ante las realidades y dificultades de este nuevo espacio. Por ejemplo, la NSA ha señalado cinco obstáculos técnicos a la aplicación de la criptografía cuántica en el sistema de seguridad nacional estadounidense. En primer lugar, aunque la criptografía cuántica impide las escuchas, no hay forma de autentificar al remitente de la información segura. En segundo lugar, las comunicaciones cuánticas requieren equipos especializados que no pueden integrarse en la infraestructura existente ni actualizarse o parchearse. En tercer lugar, la naturaleza fiable de la información cifrada significa que las amenazas internas serán mucho más valiosas para los actores maliciosos. En cuarto lugar, la tolerancia al error es extremadamente baja con los delicados qubits y los equipos de comunicaciones cuánticas. Quinto, esta sensibilidad hace que los ataques de denegación de servicio contra los sistemas de comunicaciones cuánticas sean mucho más eficaces que contra las redes de comunicaciones tradicionales.
Quizás lo más importante es que la NSA echó un jarro de agua fría sobre el descifrado de códigos cuánticos. Aunque los ordenadores cuánticos podrán descifrar la mayoría de los cifrados, no podrán descifrarlos todos. Los «algoritmos resistentes a la cuántica» pueden sobrevivir a los intentos de los ordenadores cuánticos de resolver sus códigos, y su despliegue en los sistemas actuales es mucho más barato que un rediseño completo de la infraestructura de comunicaciones de seguridad. Su despliegue está actualmente encabezado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, que anunció el año pasado el primer grupo de ganadores de su concurso de criptografía resistente a la cuántica.
Así pues, aunque la nueva era de la computación, la criptografía y las comunicaciones cuánticas puede traer consigo algunos cambios importantes, aún queda mucho para que se materialicen plenamente. Sin embargo, los recientes avances de los científicos chinos representan grandes logros y nuevos indicios de que el camino hacia la era cuántica puede pasar por Pekín.
Fte. Defense One (Thomas Corbett y Peter W. Singer)
Thomas Corbett es analista de investigación de BluePath Labs. Sus áreas de interés incluyen las relaciones exteriores chinas, la tecnología emergente y los estudios sobre seguridad en el Indo-Pacífico.
