A fondo: ¿Qué es y para que servirá el internet cuántico?

La aplicación de la Física cuántica a la computación está despertando un gran interés en los últimos meses. En octubre, Google afirmaba que al fin había logrado la ‘supremacía cuántica’, aunque los expertos de IBM creían que la compañía de Mountain View exageraba sus resultados. Además, el pasado mes de marzo, Honeywell adelantaba que presentará durante este trimestre el ordenador cuántico más poderoso del mundo.

La ‘guerra’ entre los principales actores del sector -Google, IBM, Intel, Honeywell…-  demuestra que la computación cuántica va a ser una de las tecnologías de las que más oiremos hablar en un futuro próximo, impulsada por sus posibles aplicaciones en múltiples sectores.

Y entre todas las posibilidades que nos brinda la Física cuántica, una de ellas es la creación de una red de internet cuántico. Por ejemplo, los científicos del Argonne National Laboratory y de la Universidad de Chicago -que forma parte de la IBM Q Network  consiguieron el pasado mes de febrero un entrelazamiento cuántico en una red de fibra de 52 millas, tal y como recogía el portal de noticias de la universidad estadounidense.

Asimismo, varios científicos indios han publicado sus progresos en la creación de una capa de internet cuántico en el sistema IBM Q. Y otro equipo de investigadores -conformado por científicos de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), la Alianza de Internet Cuántico y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China- ha anunciado que creará una red de internet cuántico entre Delft y La Haya (Países Bajos) a finales de este año, según informaba MIT Technology Review.

¿Qué es el internet cuántico?

“El internet cuántico utiliza el concepto de la teleportación cuántica y los qubits (bits cuánticos) para el envío de información entre dos computadores físicamente separados. La principal diferencia entre el internet cuántico y el clásico es la misma que existe entre la computación cuántica y la clásica: se utilizan qubits para representar la información en vez de usar bits”, precisa José Francisco Prieto, ingeniero de conocimiento de Uground, empresa especializada en transformación empresarial hacia el ámbito digital.

Una de las cualidades de los qubits es la superposición cuántica. “Un bit clásico puede tener los estados 0 ó 1. Un qubit puede encontrarse también en uno de estos estados, pero lo realmente interesante es que puede tener un estado ‘intermedio’, entre el 0 y el 1. Puede estar un poco en 0 y otro poco en 1. Dicho estado se conoce como superposición cuántica”, comenta Prieto.

Y otra de sus características es el entrelazamiento cuántico. “Este fenómeno se da entre dos o más qubits. Es interesante a la hora de entender el internet cuántico, ya que es el que permite realizar la teleportación cuántica. Cuando se pretende intercambiar información cuántica, lo primero que se debe hacer es tener un estado en entrelazamiento en ambas localizaciones. Supongamos que queremos enviar información de un punto ‘A’ a un punto ‘B’. Prepararíamos un estado en entrelazamiento de dos qubits. En el punto ‘A’ se definiría la información que se quiere enviar. Al tener un estado en entrelazamiento, aun estando separados geográficamente ambos puntos, cuando en el punto ‘A’ se haya representado la información, al medir nuestro estado cuántico en ‘B’ obtendremos lo mismo que se definió en A”, detalla el experto de Uground.

De esta forma, podría crearse una red de internet complementaria a la actual. “El internet cuántico consistirá en una red a escala global de transferencia y comunicación de información cuántica. Es decir, bits cuánticos. Su objetivo no es sustituir a internet, que conecta ordenadores y dispositivos móviles, sino que pretende ser un internet para los futuros ordenadores cuánticos y los procesadores cuánticos de propósito específico que incluyan los dispositivos móviles”, indica Francisco R. Villatoro, profesor de la Universidad de Málaga, divulgador científico y responsable del blog ‘La ciencia de la mula Francis’.

Afirma que nadie tendrá un ordenador cuántico en su casa, pero augura que esta tecnología expandirá su presencia a largo plazo. “En la segunda mitad del siglo XXI, se espera que todos los dispositivos móviles y todos los ordenadores usen algoritmos cuánticos de seguridad informática, gracias a pequeños procesadores cuánticos integrados. Dichos algoritmos necesitan bits cuánticos, que recibirán a través de la web cuántica. Además, habrá ordenadores cuánticos en todos los centros de supercomputación. Muchos de ellos estarán conectados entre sí gracias al internet cuántico, para que puedan transferir y compartir bits cuánticos”, declara.

Más seguro, pero aún vulnerable

Además de ser imprescindible para transferir información cuántica entre ordenadores y procesadores cuánticos, algo imposible con el internet actual, una de las ventajas del internet cuántico es que será una red más segura, aunque no infranqueable. “La seguridad informática cuántica se puede hackear sin ningún problema. Es mentira que sea imposible de hackear. Lo que diferencia la seguridad cuántica de la actual es que es imposible de hackear sin ser detectado. Siempre puedes saber si alguien ha pinchado la línea de comunicación cuántica, dejando de enviar información cuando compruebas que te están hackeando. Con el internet actual es muy difícil saber si un hacker ha pinchado la línea”, aclara Villatoro.

Prieto explica cómo se detectaría cualquier intrusión en una transmisión a través del internet cuántico. “Si se intenta ‘capturar’ un qubit para observar su estado, inevitablemente, lo alteraremos. Existen protocolos de encriptación cuántica -BB84, por ejemplo- que nos ayudarían a detectar a un ciberdelincuente que intenta robarnos información, antes incluso de haber enviado dicha información al completo, por lo que parece que está todo bajo control”, comenta.

Sin embargo, reconoce que existen limitaciones que degrada la seguridad de este sistema. “Si queremos enviar información entre dos puntos muy distantes, la cosa se complica. Una de las formas de implementar un qubit es mediante circuitos fotónicos, pero los fotones pierden su polaridad y son alterados por el medio si la distancia que pretendemos cubrir es grande. Esto se ha intentado solucionar con lo que se conoce como nodos seguros, que actúan como intermediarios”, apunta.

En vez de enviar la información directamente entre dos lugares muy alejados, dichos nodos se sitúan entre ellos. “Cuando un nodo seguro recibe un fotón, mide su polaridad y construye un nuevo fotón con la información del anterior, que será enviado al siguiente nodo. Y así sucesivamente hasta llegar al destino. La controversia de este proceso es que, cuando un nodo mide la polarización de un fotón, debe guardar esta información en memoria durante un tiempo, como un ordenador de toda la vida. Esto es una vulnerabilidad en la seguridad, ya que cuando la información se almacena de manera clásica en memoria podría ser leída por un supuesto espía”, puntualiza.

¿Cuándo lo veremos?

Villatoro asegura que “la tecnología está bastante avanzada, pero es extremadamente cara”. Pero acabará llegando. “Será una realidad cuando sea necesaria. Es decir, cuando haya ordenadores cuánticos que conectar con el internet cuántico, o cuando haya pequeños procesadores cuánticos para seguridad informática en todos los dispositivos. Ambas cosas no se esperan hasta la segunda mitad del siglo XXI. Hasta entonces, sólo habrá prototipos e implementaciones a nivel de I+D. Por ejemplo, se implementó un enlace cuántico entre China y Austria vía satélite. Obviamente, se usó durante un experimento y ya no funciona, pero sirvió para probar ideas a nivel de prototipo de la futura internet cuántica”, expone.

En cualquier caso, Prieto considera que “queda aún bastante para que el internet cuántico sea estable, fiable, y, en definitiva, se convierta en una realidad”. Según explica, primero habrá que resolver algunos de los problemas intrínsecos de la computación cuántica, como los errores a la hora de representar, manipular o medir bits cuánticos. “Si no somos capaces de controlar y corregir estas fallas, no podremos alcanzar una computación cuántica fiable y, por tanto, tampoco podremos pensar en redes cuánticas de área extensa”, afirma.

Aplicaciones prácticas

Para el público general, la principal aplicación del internet cuántico estará en la seguridad informática.“Se espera que toda la seguridad por internet se hará con cifrado cuántico en unas décadas. Así, todos los ordenadores y dispositivos móviles tendrán un pequeño coprocesador cuántico para seguridad, a través del internet cuántico. Hay que resaltar que la seguridad cuántica a nivel masivo no es posible sin un internet cuántico. En laboratorio, se puede usar conectando dos dispositivos, pero eso sólo es útil para los dos usuarios que disponen de dichos dispositivos”, explica Villatoro.

El experto de Uground también destaca la aportación que hará el internet cuántico en la seguridad de las telecomunicaciones. “Una consecuencia directa de esto será que se conseguirá mejorar las infraestructuras en la nube. Si se logra crear un canal de comunicación cuántico entre un servidor cloud y un cliente, la seguridad sería muy difícil de vulnerar”.

Su otra gran aplicación es la comunicación de información cuántica entre quienes necesitan transmitir este tipo de información, como los servicios secretos de los estados, centros de supercomputación que dispongan de ordenadores de cuánticos, etc.

Por último, Prieto señala otras posibles aplicaciones que aprovechen la capacidad de sincronización que se da gracias al entrelazamiento cuántico, permitiendo mayor precisión en la sincronización de relojes, la combinación de luz de telescopios distantes para mejorar las observaciones u otras tareas que exigen coordinación, tal y como recoge un estudio publicado en Science.