Los investigadores logran la distribución de claves cuánticas para la ciberseguridad en un experimento novedoso

Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han demostrado que se puede lograr una ciberseguridad avanzada basada en cuántica en un enlace de fibra desplegado.

Sus resultados, publicados en CLEO 2023, validan un experimento de laboratorio de prueba de principio anterior realizado por científicos del ORNL en 2015.

El equipo transmitió una señal cuántica para la distribución de claves cuánticas (un método seguro para compartir una clave secreta) utilizando un verdadero oscilador local. Un oscilador local sofoca los efectos del ruido disperso por otros datos transmitidos en la misma red de fibra óptica, y el trabajo demostró la coexistencia entre las señales de datos cuánticas y convencionales.

La señal viajó a través de la red de fibra óptica de ORNL codificada en variables continuas que describían las propiedades de las partículas de luz, o fotones, en amplitud y fase. El uso de variables continuas de fotones para la codificación permite un número casi infinito de configuraciones para distribuir la aleatoriedad que pueden usarse para la ciberseguridad y permite la compatibilidad con los sistemas de comunicaciones clásicos existentes.

El experimento del equipo de ORNL no sólo abrió nuevos caminos en la seguridad de la información, sino que aprovechó la infraestructura de fibra óptica existente, lo que permitiría una adopción más económica y sencilla.

El experimento resolvió importantes obstáculos para implementar la distribución de claves cuánticas y al mismo tiempo mejorar la seguridad, dijo Nicholas Peters, jefe de la Sección de Ciencias de la Información Cuántica de ORNL e investigador principal del estudio.

«La distribución de claves cuánticas es un protocolo criptográfico en el que dos partes pueden generar una clave segura que sólo ellas conocen», dijo Peters. «En este experimento, esto se hace mediante el uso de láseres para generar pulsos ópticos débiles entre dos puntos, generalmente denominados Alice y Bob».

Cuando la parte receptora mide un pulso, las mediciones pueden revelar si un espía interceptó y corrompió el mensaje. En experimentos pasados sin un oscilador local verdadero, este pulso óptico se transmitía junto con el oscilador local. Los métodos anteriores crearon el potencial de vulnerabilidades que no se abordan en las mejores prácticas actuales definidas por el concepto subyacente de seguridad. El nuevo método se basa en señales ópticas generadas por láseres independientes en los puntos de transmisión y recepción.

«Básicamente, estamos analizando la interferencia», dijo Brian Williams, autor principal del estudio y científico investigador cuántico del ORNL. «Es como arrojar una piedra a un lago y crear ondas. Es similar a la naturaleza ondulatoria de un fotón que estamos observando. Si se arrojan dos rocas, crean patrones extraños en el agua. Estamos haciendo una interferencia similar «Se realiza una medición basada en esa señal cuántica, pero sólo se detecta la parte que coincide con el láser. Esto requiere una resolución de energía muy estrecha».

El exceso de ruido erosiona la tasa de clave que se puede distribuir. Demasiado ruido y una fracción de la clave potencial se consume para proteger la confidencialidad.

«El objetivo es conseguir la mejor relación señal-ruido posible», dijo Williams. «Al utilizar un láser de energía estrecha como oscilador local, actúa como filtro para el ruido de fondo y mejora la relación señal-ruido».

Los esfuerzos futuros se centrarán en reproducir los resultados del experimento en una gama más amplia de escenarios de red.

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