¿Qué es la criptografía cuántica?

La criptografía cuántica se refiere a los sistemas criptográficos que se basan en efectos y propiedades mecánicas cuánticas para realizar tareas criptográficas. Esto contrasta con la criptografía clásica utilizada en las computadoras modernas. Un requisito fundamental de la criptografía cuántica es el uso de una computadora cuántica; no se puede realizar usando una computadora estándar.

QKD

El campo principal de la criptografía cuántica es QKD. QKD significa distribución de clave cuántica. En lugar de utilizar un proceso de cifrado totalmente cuántico, QKD utiliza efectos cuánticos para distribuir una clave de cifrado clásica de forma segura. Esto significa que solo se necesita desarrollar un sistema de comunicación cuántica seguro probado en lugar de algoritmos cuánticos mucho más complejos. También reduce los requisitos físicos; técnicamente, solo se requeriría una tarjeta de red cuántica en una computadora normal en lugar de una computadora cuántica completa.

La mecánica cuántica se presta razonablemente al desarrollo de sistemas seguros de comunicación cuántica. Hay formas de comunicarse con canales de comunicación cuántica que un tercero no autorizado no puede monitorear sin que esa intrusión sea detectable.

La seguridad de un canal de comunicación cuántica también se puede reducir a unos pocos requisitos mínimos. Una de esas condiciones es que las dos partes legítimas tengan alguna forma de autenticarse entre sí. Otro requisito es simplemente que se apliquen las leyes de la mecánica cuántica.

El principal problema de QKD proviene de la dificultad de transmitir información cuántica a distancias significativas. La investigación actual permite tasas de acuerdo clave adecuadas sobre fibras ópticas de hasta 550 km. Más allá de esta distancia, se necesitan repetidores cuánticos para garantizar que la señal no se pierda en el ruido. Además, el enrutamiento de las comunicaciones cuánticas a través de una Internet cuántica sería un desafío. Los sistemas de prueba actuales tienden a ser punto a punto.

Otros campos de investigación

Los efectos cuánticos se pueden utilizar en el campo de la computación cuántica desconfiada. Aquí, dos partes pueden cooperar sin confiar la una en la otra. El sistema cuántico se puede diseñar para que ambas partes puedan probar que la otra estaba haciendo trampa. Sin embargo, estos métodos también se basan en efectos no cuánticos como la relatividad especial.

Se están realizando investigaciones en otros campos, como exigir que un destinatario esté en una ubicación física específica, incluso si dos adversarios se confabulan. Otros esquemas intentan obligar incluso a los destinatarios activamente deshonestos a ser honestos mediante la implementación de requisitos de sistema abrumadores para la capacidad de ser fraudulentos. Gran parte de este tipo de trabajo ha mostrado debilidades en las implementaciones cuánticas actuales, pero ha dejado la puerta abierta para futuras investigaciones en un campo muy joven.

La comunicación cuántica requiere varias cosas para ser verdaderamente segura. En primer lugar, las transmisiones ópticas deben ser capaces de enviar fotones individuales. Los sistemas actuales tienden a utilizar láseres que envían múltiples fotones. En teoría, un adversario podría interceptar uno de los muchos fotones sin dejar rastro. Sin embargo, hay investigaciones prometedoras en el desarrollo de fuentes de fotones individuales.

En segundo lugar, los detectores de fotones sufren de diferencias basadas en la tolerancia de fabricación, que abren una ventana para que un intruso se inyecte en el flujo de comunicación sin ser detectado. Este problema es imposible de resolver por completo sin tolerancias infinitamente estrictas, un requisito inviable.

Conclusión

La criptografía cuántica se refiere a la criptografía que hace uso de efectos mecánicos cuánticos. El campo principal actual es Quantum Key Distribution, que utiliza métodos de comunicación cuántica para transmitir claves de cifrado clásicas. La criptografía cuántica no debe confundirse con la criptografía poscuántica.