Primera transmisión segura por codificación cuántica desde un avión a la superficie terrestre

El Dornier 228 aviones usados en los experimentos. La cúpula de cristal que aloja el telescopio puede ser vista en la base del fuselaje.


Se ha logrado por vez primera transmitir con éxito un código cuántico seguro a través de la atmósfera desde un avión hasta una estación terrestre.

A diferencia de la comunicación basada en los bits clásicos, la criptografía cuántica emplea los estados cuánticos de fotones individuales para el intercambio de datos. Muchos físicos cuánticos asumen ya que es viable desde el punto de vista práctico transmitir claves secretas utilizando criptografía cuántica en comunicaciones vía satélite.

 

El telescopio móvil en el avión automáticamente rastrea la posición del receptor a base de tierra. Las señales ligeras entrantes y salientes son dirigidas por un túnel en la base del avión.






El telescopio a base de tierra, con cámaras y fuentes de la luz de láser para colocación de precisión automática. Para reducir el nivel de la luz vaga, la estructura normalmente abierta fue rayada con la tela negra.








El Principio de Incertidumbre de Heisenberg limita la precisión con la que es posible determinar simultáneamente la posición y el momento de una partícula cuántica, pero dicho principio también se puede aprovechar para la transferencia segura de información. Al igual que su homóloga clásica, la criptografía cuántica requiere una clave compartida con la que los comunicantes legítimos codifican y decodifican los mensajes. No obstante, la seguridad de la distribución de claves cuánticas goza de la garantía extra aportada por fenómenos de la mecánica cuántica. Como los estados cuánticos son frágiles, si un intruso intercepta la clave, esto altera las propiedades de comportamiento de las partículas y resulta por tanto detectable.

Esta estrategia de cifrado cuántico ya ha comenzado a ser usada por algunas agencias gubernamentales y hasta por alguna entidad bancaria, aunque no sea algo que se haya divulgado mucho, debido a razones obvias de seguridad. Los datos se envían a través de cables de fibra óptica o de la atmósfera. Sin embargo, la distribución de claves ópticas a través de estos canales está limitada a distancias inferiores a 200 kilómetros, debido a que la señal sufre pérdidas a lo largo del camino. En 2007, el equipo del físico Harald Weinfurter de la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, Alemania, logró transmitir una clave a través de 144 kilómetros de espacio libre entre estaciones terrestres en las islas españolas de Tenerife y La Palma.


Parte del sistema óptico del telescopio. La mitad inferior del sistema analiza y reconstruye la señal clásica procedente del avión y regula la orientación del telescopio. Los módulos usados para criptografía cuántica están en la parte superior. (Foto: LMU)
 
Ahora, un equipo encabezado por Weinfurter y Sebastian Nauerth de la citada universidad, en colaboración con la Agencia Espacial Alemana (DLR), ha logrado transmitir ópticamente información cuántica entre una estación terrestre y un avión en pleno vuelo. Ésta es la primera vez que se ha usado criptografía cuántica para comunicación con un transmisor móvil.

En el experimento, se enviaron fotones individuales desde el avión al receptor terrestre. El desafío era asegurarse de que los fotones pudieran ser dirigidos con precisión hacia el telescopio terrestre a pesar del efecto de las vibraciones mecánicas y las turbulencias del aire. Con la ayuda de espejos que podían ajustar su posición con rapidez, se logró la precisión necesaria, incluso a una distancia de unos 20 kilómetros. 

    
La trayectoria de vuelo siguió durante el cambio de la llave cuántica.

A modo de referencia, si Guillermo Tell hubiera tenido la misma precisión de tiro que la exhibida en el enlace de comunicación cuántica de este experimento, habría acertado con su flecha a la manzana depositada sobre la cabeza de su hijo disparando desde tan lejos como medio kilómetro.

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Fuentes : LMU Munich