Criptografía cuántica

La criptografía cuántica es la criptografía que utiliza principios de la mecánica cuántica para garantizar la absoluta confidencialidad de la información transmitida. Las actuales técnicas de la criptografía cuántica permiten a dos personas crear, de forma segura, una propiedad única de la física cuántica para cifrar y descifrar mensajes.

La criptografía cuántica como idea se propuso en 1970, pero no es hasta 1984 que se publica el primer protocolo.

Una de las propiedades más importantes de la criptografía cuántica es que si un tercero intenta hacer eavesdropping durante la creación de la clave secreta, el proceso se altera advirtiéndose al intruso antes de que se transmita información privada. Esto es una consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg, que nos dice que el proceso de medir en un sistema cuántico perturba dicho sistema.

La seguridad de la criptografía cuántica descansa en las bases de la mecánica cuántica, a diferencia de la criptografía de clave pública tradicional la cual descansa en supuestos de complejidad computacional no demostrada de ciertas funciones matemáticas.

La criptografía cuántica está cercana a una fase de producción masiva, utilizando láseres para emitir información en el elemento constituyente de la luz, el fotón, y conduciendo esta información a través de fibras ópticas.

Conceptos básicos

La criptografía es la disciplina que trata de la transmisión y almacenamiento de datos de manera que no puedan ser comprendidos ni modificados por terceros. Los diferentes métodos de criptografía actualmente utilizados necesitan que dos personas que deseen comunicar información intercambien de forma segura una o más claves; una vez que las claves han sido intercambiadas, los interlocutores pueden transferir información con un nivel de seguridad conocido. Pero esta forma de trabajar basa la seguridad de las transmisiones exclusivamente en el intercambio de claves. La forma más segura de realizar este intercambio de claves es de manera presencial, pero ello no es posible en la mayoría de los casos, dado el múltiple número de interlocutores con los que se desea intercambiar información confidencial (bancos, tiendas en Internet, colegas de trabajo en sedes distantes, etcétera). De manera que el punto donde hay menor seguridad en el intercambio de información confidencial está en el proceso de intercambio y transmisión de las claves.

La mecánica cuántica describe la dinámica de cada partícula cuántica (fotones, electrones, etc.) en términos de estados cuánticos, asignando una probabilidad a cada posible estado de la partícula por medio de una función.

Algunos aspectos a considerar de la mecánica cuántica:

  • Superposición: Una partícula puede poseer más de un estado a la vez, en otras palabras, se encuentra en realidad "repartida" entre todos los estados que le sean accesibles.
  • La medición no es un proceso pasivo como se suponía en la mecánica clásica, ya que altera al sistema.
  • Colapso de estados: Una partícula que se encuentra repartida entre todos sus estados accesibles, al ser medida se altera su estado superpuesto determinando en qué estado particular, de entre una variedad de estados posibles, se encuentra.
  • Incertidumbre: En la teoría cuántica, algunos pares de propiedades físicas son complementarias (por ejemplo, la posición y el momentum), en el sentido de que es imposible saber el valor exacto de ambas. Si se mide una propiedad, necesariamente se altera la complementaria, perdiéndose cualquier noción de su valor exacto. Cuanto más precisa sea la medición sobre una propiedad, mayor será la incertidumbre de la otra propiedad.
  • Entrelazamiento: Dos partículas cuánticas pueden tener estados fuertemente correlacionados, debido a que se generaron al mismo tiempo o a que interactuaron, por ejemplo, durante un choque. Cuando esto ocurre se dice que sus estados están entrelazados, lo que provoca que la medición sobre una de ellas determina inmediatamente el estado de la otra, sin importar la distancia que las separe. Este fenómeno se explica aplicando las leyes de conservación del momento y de la energía. (ver Paradoja EPR)

Las partículas utilizadas habitualmente en la criptografía cuántica son los componentes de la luz o fotones, y los estados que se utilizan para ser entrelazados o superpuestos entre sí son sus dos estados de polarización, que es una de las características conocidas de la luz, aunque no sea directamente perceptible.

Un fotón puede ser polarizado artificialmente en una dirección en particular con respecto a su dirección de desplazamiento. Dicha polarización puede ser detectada mediante el uso de filtros, orientados en el mismo sentido en el que la luz fue polarizada. Estos filtros dejan pasar los fotones polarizados en un estado y absorben los polarizados en el otro.

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