QKD-GEO, el satélite español que quiere blindar las comunicaciones ante la llegada de los ordenadores cuánticos
- La iniciativa, pionera a nivel mundial, busca crear un satélite geoestacionario que distribuya claves imposibles de vulnerar
- Ya ha superado las pruebas de campo entre Tenerife y La Palma, y su lanzamiento está previsto para 2028
La dirección de esta página ha sido copiada en su portapapeles
España ha dado un paso decisivo en una de las tecnologías llamadas a proteger las comunicaciones del futuro. El proyecto QKD-GEO, destinado a desarrollar el primer sistema de distribución cuántica de claves desde una órbita geoestacionaria, ha superado con éxito las pruebas de campo entre las islas de Tenerife y La Palma. La iniciativa, pionera a nivel mundial, busca crear un satélite capaz de distribuir claves criptográficas imposibles de vulnerar, incluso frente a los futuros ordenadores cuánticos.
El programa cuenta con una inversión pública cercana a los 125 millones de euros y está liderado por Hispasat y Thales Alenia Space, junto a centros de investigación como el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad de Vigo. El lanzamiento está previsto inicialmente para 2028.
La llegada de los ordenadores cuánticos
Actualmente, la seguridad de gran parte de internet descansa sobre sistemas criptográficos de clave pública, como RSA, que protegen transacciones bancarias, comunicaciones cifradas y datos gubernamentales. Su robustez reside en que ciertos problemas matemáticos resultan computacionalmente intratables para cualquier ordenador clásico. Sin embargo, la llegada de ordenadores cuánticos suficientemente potentes podría trastocarlo todo. Algoritmos como el desarrollado por el matemático Peter Shor permitirían resolver en horas lo que hoy exigiría millones de años de cómputo, dejando expuestos sistemas criptográficos que actualmente se consideran extremadamente seguros.
Aunque esas máquinas todavía no existen, la preocupación es real. Como advierte a RTVE Noticias Vicente Martín, director del Grupo de investigación en Información y Computación Cuántica de la Universidad Politécnica de Madrid, "si asumimos que un ordenador cuántico va a estar funcionando dentro de diez años, tenemos que preocuparnos ahora de la seguridad, no dentro de diez años".
Por ese motivo, gobiernos y empresas trabajan ya en nuevas tecnologías de protección. Una de ellas es la llamada criptografía postcuántica, basada en problemas matemáticos diferentes que, según el conocimiento actual, resistirían también los ataques de futuros ordenadores cuánticos. Pero existe otra alternativa: basar la seguridad no en la dificultad de un problema matemático, sino en principios de la mecánica cuántica que la física fundamental considera teóricamente insalvables.
Cuando la seguridad depende de la física
La Distribución Cuántica de Claves (QKD, por sus siglas en inglés) utiliza propiedades fundamentales de la mecánica cuántica para generar y compartir claves de cifrado entre dos usuarios. A diferencia de los sistemas criptográficos tradicionales, cuya seguridad depende de la dificultad de ciertos cálculos, la QKD permite detectar cualquier intento de espionaje durante la transmisión.
"En la criptografía cuántica, en concreto QKD, si tengo una demostración matemática, sé que nadie ni nada de lo que venga va a romper esa clave", explica Vicente Martín. "Al sistema criptográfico QKD le puedes echar lo que quieras. Es inmune frente a cualquier tipo de ataque computacional, incluso cuántico", agrega. La razón es sencilla: el sistema no depende de la capacidad de cálculo del atacante. La información se transmite mediante fotones individuales —las partículas elementales de la luz— que, por las leyes de la mecánica cuántica, no pueden ser observados sin alterar su estado. Cualquier intento de interceptarlos deja huella.
Según el investigador de la Universidad Politécnica de Madrid, esta tecnología ofrece la ventaja única de "mantener una seguridad absoluta a largo plazo", invulnerable incluso a la inteligencia artificial más avanzada. "Ni aunque en el futuro salga no ya un ordenador cuántico, sino una tecnología que ahora ni nos imaginamos, va a poder romperla. Salvo que las leyes de la Física dejaran de cumplirse", enfatiza.
El problema de la distancia
Las comunicaciones cuánticas pueden transmitirse por fibra óptica o por enlaces ópticos en espacio libre, mediante haces láser dirigidos por telescopios que actúan como antenas ópticas. El problema surge cuando se intenta alcanzar grandes distancias.
En las redes de fibra óptica, la señal se degrada con la distancia. Actualmente es posible alcanzar unos pocos cientos de kilómetros, pero para conectar ciudades separadas por miles de kilómetros es necesario dividir el trayecto en tramos sucesivos. Cada tramo requiere equipos intermedios que reciben la clave cuántica, la reconstruyen y la reenvían al siguiente punto. Son los "nodos confiables": instalaciones que, durante ese proceso, tienen acceso directo a la información y en las que, por tanto, hay que confiar plenamente. "Si quiero hacer criptografía cuántica desde Madrid a Bruselas, tengo que hacerlo en saltitos", explica Martín. "Cada cierto número de kilómetros tienes que sacar la clave y volverla a introducir en el siguiente tramo, y eso implica confiar en los gestores de esos sistemas".
En comunicaciones cuánticas, la alternativa más habitual de transmisión es la fibra óptica. EschCollection GETTY IMAGES
Los futuros repetidores cuánticos permitirían eliminar esa limitación, pero todavía se trata de una tecnología experimental. Ahí es donde los satélites cobran relevancia: permiten distribuir claves cuánticas entre puntos separados por miles de kilómetros sin nodos intermedios. En el espacio, la luz viaja con muchos menos obstáculos que dentro de una fibra óptica. La atmósfera terrestre ocupa solo una fracción del trayecto total, por lo que las pérdidas son sensiblemente menores. "En espacio las absorciones son menores que en fibra", apunta Martín. "Hasta que no haya repetidores cuánticos las cosas se van a poner complicadas en fibra, por lo cual tienes que subir a satélite".
El proyecto español QKD-GEO da un paso más: apuesta por una órbita geoestacionaria, situada a unos 36.000 kilómetros de altura, frente a los 500 o 600 kilómetros de los satélites de órbita baja (LEO) que emplea la mayoría de los proyectos internacionales.
Los satélites LEO tienen a su favor que la señal llega con más intensidad, pero solo son visibles desde un punto de la Tierra durante unos minutos en cada paso. Los geoestacionarios presentan la situación opuesta: están mucho más lejos, lo que dificulta la recepción de los fotones, pero permanecen fijos sobre la misma región del planeta. Esa permanencia permite mantener comunicaciones continuas y cubrir áreas enormes —incluso continentes enteros— con un único satélite.
Un fotón no puede copiarse
Trabajar con información cuántica introduce dificultades que no existen en las telecomunicaciones convencionales. "Cuando tú trabajas con comunicaciones cuánticas, cuando tu señal usa un único fotón, el fotón llega o no llega. Es así de sencillo", explica Vicente Martín. "Y el medio siempre absorbe algo o dispersa algo. Siempre hay una posibilidad de que el fotón no llegue". En las redes clásicas ese problema se resuelve mediante amplificadores que refuerzan la señal cada cierto recorrido. Pero en el mundo cuántico eso no es posible.
La razón está en el llamado teorema de no clonación, una de las leyes fundamentales de la mecánica cuántica, que establece que una información cuántica desconocida no puede copiarse de forma perfecta. "Si yo meto información en un fotón y no te digo qué información lleva, tú no puedes hacer dos fotones con la misma información", resume Martín.
Por eso no pueden utilizarse amplificadores convencionales. Los repetidores cuánticos, que algún día podrían solucionar el problema, recurren a fenómenos como el entrelazamiento cuántico y la teleportación de estados cuánticos. Sin embargo, todavía están lejos de convertirse en una tecnología operativa.
Canarias, un laboratorio de primer nivel
Las primeras pruebas de GEO-QKD se han desarrollado entre los observatorios del Teide, en Tenerife, y del Roque de los Muchachos, en La Palma. La elección no es casual. "Entre el pico más alto de La Palma y el pico más alto de Tenerife hay visión directa", explica a RTVE Noticias Luis Fernando Rodríguez Ramos, investigador principal de Comunicaciones Ópticas del Instituto de Astrofísica de Canarias. "Eso nos permite instalar enlaces que transmitan luz directamente y simular muchas de las condiciones que encontraremos después en el espacio".
El Teide, en la isla de Tenerife, visto desde el Roque de los Muchachos, en La Palma. Dominic Dahncke GETTY IMAGES
El archipiélago ofrece además una combinación excepcional de infraestructura astronómica y experiencia tecnológica acumulada durante décadas, que han convertido a Canarias en referente mundial en este terreno. "En el IAC hacemos esencialmente dos cosas. Por un lado, óptica adaptativa, que es la compensación de la turbulencia atmosférica usando espejos deformables", señala Rodríguez Ramos. "Llevamos mucho tiempo aplicando estas técnicas a la observación astronómica y ahora las estamos trasladando a las comunicaciones ópticas".
La turbulencia atmosférica es uno de los grandes obstáculos de las comunicaciones ópticas. Las corrientes de aire y las variaciones de temperatura deforman constantemente los haces láser, igual que el calor distorsiona la imagen sobre una carretera en verano. Los astrónomos llevan décadas combatiendo este problema mediante sistemas de óptica adaptativa capaces de medir esas deformaciones y corregirlas en tiempo real. Pero en las comunicaciones cuánticas aparece una dificultad adicional: los fotones individuales son demasiado débiles y frágiles para ser detectados por esos sistemas sin alterar su estado.
La solución consiste en enviar junto a ellos una segunda señal láser más intensa, la baliza óptica. Esa luz auxiliar permite medir las perturbaciones atmosféricas y aplicar las correcciones necesarias, mientras los fotones viajan por el mismo camino y se benefician de ellas sin ser tocados. Gracias a esta tecnología, el equipo ha logrado una primera demostración del sistema. "Se ha conseguido transmitir los fotones simples, se ha conseguido recibirlos y que todo el sistema funcione", afirma Rodríguez Ramos. "Cuando se construya y se lance el satélite, confiamos en que se puedan transmitir las claves cuánticas".
Más allá de la criptografía cuántica
Las tecnologías desarrolladas para GEO-QKD tienen aplicaciones que superan el ámbito de la seguridad cuántica. La compensación atmosférica, los enlaces ópticos de alta precisión y los sistemas de comunicación láser interesan cada vez más a la industria espacial y de telecomunicaciones, donde la tendencia apunta a sustituir los enlaces de radio por comunicaciones ópticas capaces de transmitir más información, con mayor velocidad y menor vulnerabilidad frente a interferencias o escuchas.
En ese contexto, el conocimiento desarrollado por el Instituto de Astrofísica de Canarias resulta especialmente valioso. Mientras la comunicación cuántica promete una seguridad sin precedentes, las comunicaciones ópticas clásicas ya están comenzando a transformar la forma en que satélites, aeronaves y otros sistemas móviles intercambian información.
El éxito de las pruebas entre Tenerife y La Palma acerca ahora a España a un objetivo ambicioso: convertirse en el primer país capaz de desplegar desde una órbita geoestacionaria una red de distribución cuántica de claves, una infraestructura diseñada para proteger las comunicaciones más sensibles del futuro frente a amenazas que aún están por llegar.
