Los ordenadores cuánticos revolucionarán nuestra vida informática. Para algunas tareas críticas serán alucinantemente más rápidos y consumirán mucha menos electricidad que los ordenadores actuales.
Pero, y esta es la mala noticia, estos ordenadores podrán descifrar la mayoría de los códigos de encriptación que se utilizan actualmente para proteger nuestros datos, dejando nuestra información bancaria y de seguridad vulnerable a los ataques.
En la actualidad, la mayor parte de la seguridad informática se basa en manipulaciones matemáticas que, hoy por hoy, garantizan un nivel de seguridad muy elevado: un ordenador normal tardaría miles de millones de años en descifrar uno de esos códigos.
Sin embargo, en nuestro futuro cuántico, habrá que desarrollar nuevos métodos de cifrado que se basen en las leyes de la física, en lugar de en ecuaciones matemáticas.
Un enfoque fructífero es utilizar las propiedades cuánticas de los fotones individuales (partículas de luz) para encriptar de forma segura un mensaje, de modo que cualquier intento de pirateo sea inmediatamente detectable tanto por el emisor como por el receptor. Sin embargo, conseguir una fuente adecuada de fotones individuales ha sido un inmenso desafío.
Ahora, un equipo de investigadores, dirigido por el profesor Ronen Rapaport y el Dr. Hamza Abudayyeh, del Instituto de Física Racah de la Universidad Hebrea de Jerusalem (HU), junto con la profesora Monika Fleischer, Annika Mildner y otras personas de la Universidad de Tubinga (Alemania), ha logrado un importante avance. Sus hallazgos nos acercan a un método sencillo y eficaz de cifrado cuántico, y se han publicado en la reciente edición de ACS Nano.
Los bancos y los departamentos gubernamentales ya están invirtiendo mucho en el cifrado cuántico que se basa en los rayos láser. Sin embargo, los rayos láser suelen liberar varios fotones a la vez o ninguno. Lo que se necesita para una seguridad óptima es una fuente que pueda emitir un flujo rápido, pero constante de fotones individuales, en una sola dirección y a temperatura ambiente.
El equipo de la Universidad Hebrea desarrolló un sistema que utiliza cristales fluorescentes en forma de motas tan diminutas que se necesitan microscopios especiales para verlas. Conocidos como puntos cuánticos, cada punto mide mucho menos que una milésima parte de la anchura de un cabello humano. Un rayo láser dirigido al punto cuántico hace que este sea fluorescente y emita un flujo de fotones individuales.
Estos puntos cuánticos se montan individualmente en cabezas de alfiler doradas, salvo que se trata de una nano cabeza de alfiler, o nanocono, cuyo tamaño es casi una cien milésima parte del de una cabeza de alfiler normal. Los nanoconos son capaces de multiplicar por 20 la emisión de fotones de los puntos cuánticos. Este flujo de fotones se dispara entonces en una sola dirección mediante una “rejilla de Bragg” que actúa como una especie de antena.
El dispositivo de HU-Tübingen no solo es útil para la encriptación cuántica, sino en otras situaciones que dependen de los bits cuánticos para codificar la información, como la computación cuántica. “En la actualidad, tenemos un buen prototipo que tiene el potencial de ser comercializado en un futuro próximo”, compartió Ronen Rapaport.
La ventaja de la criptografía cuántica reside en su determinismo físico. “Las leyes de la ciencia no pueden romperse: un solo fotón no puede dividirse, por mucho que se intente. Las complejidades matemáticas pueden ser muy difíciles de resolver, pero son vulnerables a los ataques y a las brechas, a diferencia de los sistemas de seguridad basados en la tecnología cuántica”, explicó Hamza Abudayyeh.
El equipo actualmente está mejorando su dispositivo para que pueda proporcionar un flujo aún más confiable y eficiente de fotones individuales que podrían usarse en una amplia gama de tecnologías cuánticas. ¡Estén atentos!
Gracias al Centro de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea y al Centro de Información de Ciencias Cuánticas.
CITATION: Hamza Abudayyeh, Annika Mildner, Dror Liran, Boaz Lubotzky, Lars Lüder, Monika Fleischer, and Ronen Rapaport, Overcoming the Rate-Directionality Trade-off: A Room-Temperature Ultrabright Quantum Light Source.
doi.org/10.1021/acsnano.1c08591
FUNDING: COST (European Cooperation in Science and Technology) Action, German Excellence Initiative, Israeli Innovation Authority: Quantum Communication Consortium.
