LuxQuanta: “Estamos susurrando en la fibra óptica”

En la actualidad, la computación cuántica emerge como una revolución tecnológica, desafiando las limitaciones de la computación clásica. Con avances notables en hardware y algoritmos, esta disciplina busca aprovechar los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos exponencialmente más rápidos. Empresas, gobiernos y centros de investigación compiten por liderar en este campo, conscientes de su impacto potencial en la resolución de problemas complejos, desde simulaciones moleculares hasta optimización de cadenas de suministro. La carrera hacia la supremacía cuántica se intensifica, mientras se exploran aplicaciones que redefinirán la manera en que abordamos la información y la resolución de desafíos computacionales.

Para comprender un poco mejor la magnitud del impacto que puede tener la computación cuántica en el mundo empresarial, charlamos con Vanesa Díaz, CEO de LuxQuanta, sobre la actualidad de esta tecnología. En ella, trataremos temas como la necesidad de emplear sistemas de distribución cuántica de claves y veremos la vulnerabilidad de la criptografía actual frente a la computación cuántica. Díaz tratará de convencernos de porqué la distribución cuántica de claves de variable continua se presenta como una solución eficiente e integrable en redes ópticas existentes, ofreciendo seguridad robusta.

Para saber un poco sobre ella, Díaz inició su carrera en ingeniería de telecomunicaciones, pero su pasión por la parte comercial la llevó a obtener un máster en negocios y marketing en Australia. Con 11 años de experiencia en Corning, una empresa líder en comunicaciones ópticas, contribuyó al desarrollo de mercado en Europa, Oriente Medio y África. Impulsada por la innovación, se unió a LuxQuanta, donde inicialmente lideró el desarrollo de negocios y posteriormente asumió el rol de CEO. Con habilidades estratégicas y experiencia en inversión, guía la empresa en su camino hacia la vanguardia de la tecnología cuántica.

Claves de distribución cuánticas de variable continua

– ¿Para qué y por qué se deben emplear sistemas de distribución de claves cuánticas de variable continua?

Primero, debemos abordar el “por qué” de la necesidad de utilizar sistemas de distribución cuántica de claves. Esto se debe a que cuando enviamos información, no queremos que cualquier persona o entidad tenga acceso a ella ya que la transmitimos a través de redes públicas o cualquier red óptica común, donde cualquiera podría interceptarla. Por lo tanto, optamos por encriptarla, ocultándola mediante un criterio o clave acordada entre el remitente y el destinatario. La criptografía actual implica asegurar esta clave para evitar accesos no autorizados, un desafío matemático. Sin embargo, con el avance hacia la computación cuántica, existe el riesgo de que la seguridad de esta clave se vea comprometida en el futuro.

La distribución cuántica de claves utiliza las leyes de la física cuántica para establecer esta clave de manera segura. Enviamos la información en forma de luz muy atenuada, siguiendo estas leyes, lo que nos permite detectar intentos de intrusión. Nuestra versión, llamada distribución cuántica de clave de variable continua, es disruptiva y novedosa. Su implementación es eficiente, ya que se integra fácilmente en redes ópticas existentes, reduciendo costos. Por ejemplo, en un banco, podríamos colocar máquinas en ambos extremos del enlace óptico sin interferir con la transmisión de datos. Esto hace que la tecnología sea resistente incluso a la computación cuántica, ofreciendo una solución robusta y de fácil despliegue.

– Entiendo que la ventaja principal de la encriptación cuántica es la seguridad, pero ¿podría mencionar más ventajas, es decir, otros servicios secundarios de esta encriptación cuántica?

Sí, la principal finalidad de estas soluciones es la protección. En otras palabras, su enfoque es la seguridad. Además, diversas aplicaciones pueden respaldarse en esta tecnología. Por ejemplo, una empresa de telecomunicaciones como Deutsche Telecom o Telefónica podría adquirir estos sistemas para desplegarlos en ciudades como Madrid. Si deseamos una comunicación segura, podríamos solicitar a Telefónica una llave cuántica, convirtiéndose así en un proveedor de estas llaves. En el caso de un banco, podría preferir invertir en sus propios sistemas de distribución cuántica de claves, desplegándolos en sus oficinas y centros de datos para crear una red propia que alimente sus aplicaciones. Aunque las aplicaciones son diversas, el valor último radica en la seguridad.

La Comisión Europea considera la encriptación cuántica como estratégica y crítica. Existe una competencia geopolítica para lograr autonomía en la fabricación de estos sistemas dentro de la Unión Europea. La Comisión tiene previsto desplegar una red de esta tecnología para 2027, considerándola esencial a nivel gubernamental. Las aplicaciones abarcan desde hospitales hasta proveedores de servicios en la nube, e incluso empresas de servicios básicos como electricidad, agua y gas, que desean proteger sus sistemas críticos frente a hackeos. Ofrecemos seguridad a distintos sectores, algunos invierten directamente en la tecnología, mientras que otros recurren a proveedores de servicios de telecomunicaciones para obtener las llaves según sea necesario.

La seguridad de la encriptación cuántica de claves variable

– ¿Podrías explicar cómo garantizas la seguridad en las comunicaciones mediante física cuántica. Cuéntame todo el proceso, desde la creación de la clave hasta la encriptación de la información.

En realidad, la parte más peculiar de todo el proceso es la distribución cuántica de claves. La clave criptográfica se genera en un extremo del enlace utilizando un generador cuántico de números aleatorios, lo que implica que no sigue ningún patrón discernible debido a su naturaleza cuántica. Este generador de números aleatorios produce información pura y completamente aleatoria. ¿Se ha mencionado el enlace? No. Entonces, es necesario transportarla de manera segura al otro lado. En nuestro caso, actuamos como un servicio postal utilizando fibra óptica. La información súper aleatoria se carga en una señal óptica mediante modulación. Codificamos esos números aleatorios en la amplitud de la señal, convirtiendo la señal en algo similar a un acordeón, que se abre y se cierra. Al atenuar la señal, perdemos su comportamiento predecible y determinista, y ahora sigue las leyes de la física cuántica, es decir, se vuelve probabilística.

En el otro extremo del enlace, Alice genera información de la llave, y Bob la recibe. Ambos verifican la presencia de ruido, un rastro que dejaría un posible intruso según las leyes de la física cuántica. Si detectan ruido, la llave no es segura, y la comunicación se interrumpe. Si está limpio, Bob obtiene la misma información que Alice, y juntos crean una llave simétrica para codificar y decodificar la información de manera segura. Así concluye el proceso.

– Lo has mencionado anteriormente, pero ¿puedes ampliar cómo puede esta tecnología detectar los intentos de los intrusos de descifrarla?

Es cuestión de ruido. En la física cuántica, tienes varios comportamientos que se han descubierto. Einstein decía que eran como magia, que eran imposibles. Uno es el famoso entrelazamiento, que nosotros no usamos. De hecho, son dos partículas que, si están entrelazadas y compartiendo, se comportan igual. Nosotros utilizamos un principio de la física cuántica llamado “No-cloning theorem”. Es decir, no puedes medir una partícula en el mundo cuántico sin que colapse.

En el mundo cuántico, las cosas no funcionan de manera binaria. No es “estoy encendido, estoy apagado”. No, es un fotón que tiene esta amplitud o esta otra amplitud. Es probabilístico. En el momento en que alguien lo mide, la partícula colapsa en uno de los dos estados y deja ese ruido que se produce, un rastro. Ese es el principio de la física cuántica que permite que, si alguien observa la información que se envía, los fotones al final colapsen al medir. Suena a magia, pero es así. El comportamiento aleatorio en el otro lado muestra que alguien estaba ahí observando.

Nuestra tecnología tiene mucho procesamiento de señal y corrección de errores porque hay un ruido inherente al canal de la fibra óptica. Todo introduce ruido. No es como cuando hablamos en un espacio abierto, siempre hay un ruido atmosférico. Digamos que entran en nuestro campo de comunicación. Tenemos que separar el ruido del canal del ruido de un intruso. Toda la teoría en distribución cuántica de clave de variable continua, ese protocolo específico que usamos, establece cuál es el nivel a partir del cual se considera que no había ningún intruso. Además, está demostrado por la teoría de la información. No es un nivel aleatorio, se fija a nivel matemático, es física cuántica matemática. Está garantizado que nadie observó esa información.

– Al escucharte, parece que la solución en sí es prácticamente 100% segura. ¿Utilizáis medidas de seguridad adicionales aparte de la solución en sí?

La solución en sí no lo es, hablamos de la teoría de la información. Si te adhieres a este protocolo al enviar la llave y procesar lo sucedido del otro lado, ese procedimiento es seguro. Sin embargo, realmente tienes dos máquinas, un ALice y un Bob, insertados en racks respectivos. Así que debes realizar esfuerzos para dar robustez y seguridad a Alice y Bob en todas sus capas, asegurando que nadie pueda hackearlos desde otro ángulo.

Por ejemplo, existen posibles ataques con láser para procesar la información de Alice o Bob, intentando introducir un láser para interferir. Por lo tanto, se deben tomar medidas ópticas, de procesamiento de señales, de software y de seguridad en la propia caja para detectar intrusiones. Estamos trabajando para garantizar la seguridad, especialmente en datos gubernamentales, siendo el objetivo final. Los fabricantes compiten por alcanzar el más alto nivel de seguridad, más allá del procedimiento en sí, centrándose en lo que ocurre alrededor de las máquinas, ¿verdad?

¿Posibles brechas de seguridad?

– Con el posible ataque mediante el uso de un láser, ¿qué consecuencias tendría una brecha de estas características en información sensible?

Pero eso está justo contemplado, ya está resuelto. O sea, a día de hoy se ven ataques muy agresivos, hablamos de gente que se está metiendo a hacer submarinismo para reventar gaseoductos en medio del Mar del Norte. Vemos hoy día que la gente realmente llega a más niveles de ataque altos y explica la gran preocupación de todas estas entidades, sobretodo por la parte gubernamental. Hay una carrera geopolítica. Es muy delicado que alguien acceda a esa información de Estado, que se transmite por ciertas redes, y que alguien nos vulnere esa confidencialidad puede significar hasta la caída de una democracia.

En el contexto geopolítico en el que estamos es un riesgo muy alto que no nos podemos permitir. Y se está invirtiendo mucho capital. Por ejemplo, China lleva años invirtiendo del orden de 10 billones de dólares al año en computación cuántica. O sea, esas máquinas ya sabemos que cuando tengan cierta potencia de computación ya existe el algoritmo que deshace la criptografía actual. Ya es una cuestión de tiempo que lleguen a tener esa capacidad para que utilicen su algoritmo y revienten toda la criptografía que se usa actualmente.

China está trabajando muy duro en computación cuántica. Y es que, curiosamente, en paralelo están trabajando durísimo en la distribución cuántica de claves. Son los que más avanzados están en esa tecnología son ellos. Tienen desplegado ya gran cantidad de kilómetros en China y tienen una conexión incluso vía satélite de Shanghai y Beijing. La Comisión Europea también está destinando millones, alrededor de unos 600 millones de euros para garantizar la autonomía de producción de estos sistemas. Quieren tener la soberanía en materia de distribución cuántica, de claves y un sistema desplegado fundamental, básico, digamos, entre los países.

Próximos hitos de la Computación Cuántica

– ¿Qué avances se esperan en el campo de la distribución de claves cuánticas?

El trabajo que LuxQuanta tiene por delante es fundamental, ya que la versión de la tecnología que tenemos nos permite colapsar toda la capa óptica en un chip fotónico. Hemos lanzado un sistema llamado Nova LQ en febrero, iniciando ventas y facturación, posicionándonos en la industria. Queremos que la gente pruebe esta tecnología de variable continua, algo que la mayoría no ha experimentado, ya que solo existen cuatro fabricantes en el mundo. En Europa, somos los primeros, pero los sistemas son relativamente caros para un despliegue masivo. La clave es hacerlo económicamente viable; ya ayudamos al no requerir una fibra nueva, utilizando la existente para establecer la llave, lo que hace nuestro sistema más competitivo. LuxQuanta y otros fabricantes deben bajar precios para permitir que más entidades utilicen esta tecnología de forma masiva. En dos o tres años, planeamos integrar la parte óptica en un chip, lo que reducirá significativamente los costos y facilitará un despliegue masivo.

También trabajamos en aumentar la distancia máxima cubierta, actualmente limitada a unos 40 kilómetros. Nuestro objetivo es extenderla a más de 100 kilómetros, la misma distancia que la versión antigua de la tecnología. La industria busca maximizar esta longitud máxima, y eso también será una novedad en los próximos años. La dirección que seguimos es la integración fotónica, y aunque no todos van en esa dirección, algunos fabricantes, incluyendo LuxQuanta, están liderando esta transformación.

– ¿A qué se debe esa debilidad con la distancia?

Al final, nosotros componíamos la llave utilizando la codificación en una señal óptica y antes de enviarla, la atenuábamos, mandábamos una señal muy débil. En realidad, estamos susurrando en la fibra óptica. Todas las señales se debilitan con la distancia. Lo que pasa es que cuando estás enviando un enlace de comunicaciones ópticas estándar, hablas fuerte con la luz. Es como si le metieras un vozarrón para que llegue al otro lado. No puedes hacer eso aquí, porque para que sea cuántico, precisamente tienes que susurrar. Podemos pensar en ello como una metáfora de susurrar. Entonces, envías una señal por sí misma. Esa es la que establece la limitación de distancia de la tecnología. Además, no puedes amplificarla. En las comunicaciones ópticas estándar, la señal se atenúa hasta que le pones un amplificador, como un megáfono. Pero en nuestro caso, no podemos amplificar, ya que eso destruiría la información. Estamos leyendo información óptica y, si la amplificamos, comprometemos la seguridad.

Así que en paralelo, se está trabajando en memorias cuánticas para preservar la aleatoriedad que necesitamos y poder enviar señales fuertes de nuevo. Se podrían aplicar buenas prácticas para amplificar y extender las distancias. Sin embargo, es un desarrollo que llevará años, ya que está en sus primeras etapas. Cuando se logre, eliminaremos una barrera que impide desplegar la tecnología a largas distancias de manera efectiva. Una vez superado el obstáculo del costo, las memorias cuánticas serían una solución fantástica. Cuando se trata de distancias muy largas, debemos considerar satélites, y de hecho, la Comisión Europea también está invirtiendo en ello.

– En el desarrollo de esa potencia de la comunicación cuántica, ¿cuánto crees que va a tardar en desarrollarse?

Creo que en los próximos dos o tres años vamos a lograr, al menos, cumplir con el objetivo de hacer que los precios sean mucho más asequibles, permitiendo a la gente considerar la implementación de los planes que están diseñando actualmente. De hecho, se están diseñando con el conocimiento y la certeza de que los precios van a disminuir. Así que, en 2 o 3 años, comenzaremos a ver redes mucho más interconectadas, y luego presenciaremos despliegues significativos.

Por ejemplo, British Telecom en el Reino Unido está considerando un servicio de distribución cuántica de claves a nivel nacional. Están planeando tener la parte troncal en uno o dos años, conectando ciudades, y dentro de 3 o 4 años, piensan en desplegar a nivel urbano, con planes ambiciosos de despliegue en otras partes del mundo.

Veremos primero despliegues más selectivos y premium, pero la idea es que en dos o tres años se inicie un despliegue más masivo. A partir de ahí, creo que en cinco o seis años podríamos ver los primeros prototipos de memorias cuánticas. Es difícil predecir, ya que la investigación y desarrollo son desafiantes. En una década, espero que veamos despliegues habituales de redes de distribución cuántica de claves en ciudades, con implementaciones masivas a nivel europeo e internacional.