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A la cuántica le preocupan las comunicaciones

La ciberseguridad concentra en España la investigación y los nuevos desarrollos de una tecnología que transformará por completo los procesos computacionales de hoy en día, pero se avanza en muchas áreas y aplicaciones reales

2022-05-04 Compartir: Compartir en twitter Compartir en LinkedIn
A la cuántica le preocupan las comunicaciones
Instalaciones del Barcelona Supercomputing Center.

Las tecnologías cuánticas despegan con fuerza en España, con el apoyo público y privado y con unas empresas emergentes que desbordan talento, empeñadas en conseguir sus objetivos. Como nos contaba Eugenio Mallol en su Algorítmia y Violín del pasado marzo, son muchos ya los implicados en la salida de la cuántica del laboratorio, un despegue que cuenta con aplicaciones reales en ámbitos donde hoy en día se muestra posible esta nueva disrupción tech.

Se trabaja para lograr a largo plazo un ordenador cuántico, también un chip cuántico, pero, mientras tanto, se elaboran estrategias a corto que están dando sus primeros frutos, como los algoritmos basados en ciencia cuántica que ya se aplican a procesos productivos reales. Es el caso de Qilimanjaro Quantum Tech, una spin-off surgida de la Universidad de Barcelona (UB), el Barcelona SuperComputing Center (BSC) y el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), que desarrolla arquitecturas de bit cuántico (cúbit) de alta calidad y aborda problemas de computación imposibles para las conformaciones computacionales actuales.

Los clientes llegaron antes que las subvenciones públicas a Qilimanjaro. “Nuestra disrupción es realmente muy innovadora y contamos además con expertos reconocidos internacionalmente en esta área y un ecosistema académico de nos dio acceso a instalaciones e instrumentación de primer orden”, explica Víctor Canivell, CEO y cofundador de la firma junto a José Ignacio Latorre, director del Centre for Quantum Technologies de Singapur y jefe de investigación en el Quantum Research Center en el Tecnology Innovation Insitute (TII) de Abu Dhabi; Pol Forn-Díaz, científico del IFAE; y Artur García-Sáez, miembro del BSC, a los que poco después se sumó Jordi Blasco, director financiero y legal de la empresa.

A Quilimanjaro se acercó poco después de dejar de ser spin-off la compañía francesa de logística Stuart y una firma de Abu Dhabi que no quieren desvelar, con la intención de que la cuántica ayudara en la estrategia de servicio, en el primer caso, y en la diversificación de su economía y la construcción de su propio grupo cuántico, en el segundo.

Ofrecen soluciones concretas, transversales a muchos sectores, dirigidas a optimizar los procesos de producción, pero Canivell advierte de un aspecto importante para el futuro de la computación: “No todo será cuántica, porque no será necesario. Lo que ahora utilizamos, no desaparecerá. Operaremos con sistema híbridos que se complementarán”.

La computación cuántica ofrece un gran potencial aplicada a tecnologías y sectores, como la IA, la química, las finanzas, los procesos de producción, la logística… pero también, y sobre todo, en relación a la criptografía y la ciberseguridad. Sergi Abadal, investigador del Departamento de Arquitectura de Computadores de la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC), distinguido con una ayuda Starting Grant del European Research Council (ERC), investiga cómo construir procesadores informáticos más rápidos y eficientes basados en las comunicaciones inalámbricas e incorporando cúbits para provocar un aumento de la velocidad hasta diez veces mayor que la actual.

Abadal expone la preocupación de muchos investigadores alrededor de la seguridad informática: “La cuántica puede suponer el final de la criptografía clásica simplemente porque un computador de esta tecnología podrá romper cualquier clave informática actual, por complicada que sea. Pero para solventar el problema, la cuántica ofrece alternativas interesantes, como la de poder entrelazar cúbits para proteger la información”, apunta. Reconoce, en cualquier caso, que no será tarea fácil por la fragilidad del propio cúbit, “que necesita una temperatura cercana al cero absoluto para funcionar correctamente”.

La ciencia cuántica aprovecha la naturaleza a escala atómica y subatómica. Su funcionamiento es totalmente incomprensible para los investigadores, que la aceptan tal y como es, y trabajan para conocer sus aportaciones, sus fragilidades y aprovechar las ventajas que ofrecen sus características. En resumen, y a nivel dummy, en cuántica uno más uno no da como resultado dos.

Infraestructura, el EuroQCI

Europa, y con ella España, también ha entrado de lleno en el desarrollo de las tecnologías basadas en esta ciencia, sobre todo en el ámbito de las telecomunicaciones. Después de dos años de negociación, los 27 socios comunitarios firmaron el año pasado la Declaración de Infraestructura de Comunicación Cuántica Europea, a través de la que se impulsa el EuroQCI, un instrumento que está destinado a proteger los datos sensibles y las infraestructuras críticas integrando en las infraestructuras de comunicación ya existentes sistemas basados en cuántica. Su objetivo es reforzar la protección de las instituciones gubernamentales europeas, sus centros de datos, hospitales y redes energéticas hasta llegar a convertirse en uno de los principales pilares de la nueva estrategia de ciberseguridad de la UE. 

El EuroQCI tendrá un segmento terrestre, basado en redes de comunicaciones de fibra, y uno espacial, basado en satélites, con el objetivo de enlazar las redes nacionales de comunicación cuántica en todo el territorio de la UE y ofrecer, a la vez, cobertura global. Aseguran que en 2027 estará en funcionamiento. Uno de los primeros pasos del EuroQCI ha sido desarrollar servicios de distribución de claves cuánticas operativas, las QKD, con cifrados de alta seguridad. Su despliegue ya se ha iniciado, pero se necesita tiempo para adaptar las infraestructuras actuales.

Ciberseguridad

Lluís Torner, director del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), con sede en Castelldefels (Barcelona), insiste en la fragilidad de las actuales encriptaciones en la comunicación frente a la computación cuántica. “Ahora necesitas mucho tiempo, meses incluso, para descifrar las claves de seguridad pero con un ordenador cuántico esto se hará en minutos. Quizás tendríamos que pensar que actualmente ya puede haber grupos que almacenan de manera ilícita encriptaciones para poder acceder a determinadas comunicaciones cuando sea una realidad el ordenador cuántico. Por este motivo es vital la investigación en este campo, para evitar actuaciones de este tipo”, explica Torner.

Dos son las vías que actualmente exploran la ciberseguridad en la era cuántica. Una de ellas se basa en las matemáticas, en crear cada vez algoritmos más complicados para añadir seguridad a las comunicaciones. La otra, se centra en la utilización de la fotónica para abordar la comunicación hipersegura. Dos caminos que muy posiblemente, según Torner, “se combinaran, porque no utilizaremos la cuántica para todo. El futuro se presenta híbrido, combinando la computación actual con la cuántica”.

Los fotones son también muy frágiles, hecho que les otorga un plus en su función de guardián de las comunicaciones. “Si los tocas, si alguien quiere interceptar una información enviada fotón a fotón, inmediatamente dejas rastro y la información que contiene el fotón se corrompe y pierde todo el sentido”, comenta el director del ICFO.

LuxQuanta y QuSide son dos empresas emergentes surgidas del ICFO que están desarrollando técnicas para proteger la información utilizando tecnologías cuánticas. LuxQuanta se dirige sobre todo a entornos metropolitanos, a las futuras smart cities, y aporta sistemas de distribución de claves cuánticas variables continuas (CV-QKD) plenamente capaces de coexistir con las tecnologías de telecomunicación convencionales ya que los integra en los enlaces de fibra óptica actuales. QuSide ofrece chips que generan códigos aleatorios utilizando las propiedades cuánticas que ofrece la luz. Su principal cliente es el sector espacial y los departamentos gubernamentales de Defensa, pero sus chips también se utilizan en la computación para simulaciones y verificaciones.

Investigación en España

Las investigaciones en tecnologías cuánticas que se realizan en España también se centran en la sensórica, la simulación, la metrología y, sobre todo, en conseguir un computador cuántico que debe mantener a Europa en los primeros puestos del sector. En este último reto está trabajando el BSC como coordinador del proyecto Quantum Spain, que tiene como objetivo construir e instalar el primer computador cuántico basado en tecnología europea.

El programa, anunciado en octubre del año pasado y en el que participan 25 universidades y centros de investigación e infraestructuras de 14 comunidades autónomas, pretende construir y poner en marcha el primer computador cuántico del sur de Europa.

La máquina cuántica estará ubicada en la sede del BSC y la previsión es que esté operativa a finales de este año, al menos para sus aplicaciones iniciales. Progresivamente se irá equipando con chips de diferentes generaciones y mayor número de cúbits. Se espera poder disponer del primer chip de dos cúbits operativos a finales de este año y presentar cada seis meses un chip mejor que el anterior hasta llegar a uno de cómo mínimo 20 cúbits en 2025.

Alba Cervera, doctora en computación cuántica y coordinadora del proyecto, asegura que el objetivo no es competir con otros computadores cuánticos en número de cúbits sino dotar de calidad al computador, “tener un dispositivo funcional y de calidad, útil y que pueda utilizarse para resolver problemas reales en el futuro próximo. Queremos que sirva para que España desarrolle algoritmos propios, que se fomente su uso transversal, tanto para investigación como para empresas, y que forme a los futuros usuarios de esta tecnología”.

Estados Unidos y China ya dominan el mercado de los semiconductores y están apostando fuerte por situarse también líderes en computación cuántica. Europa, que ocupa posiciones muy rezagadas en el mercado de los semiconductores, no quiere perder este tren y en este sentido se dirige el Plan Complementario de Comunicación Cuántica, presentado por la ministra de Ciencia e Innovación, Diana Morant, el pasado mes de marzo. Dotado con 73 millones de euros, forma parte de uno de los ocho planes puestos en marcha por el Gobierno y las comunidades autónomas para impulsar la investigación en áreas estratégicas y permitirá impulsar el desarrollo y la implementación de las tecnologías cuánticas y reforzar la ciberseguridad en España.

Para desarrollar este plan, el Ministerio y los gobiernos de las comunidades autónomas del País Vasco, Cataluña, Galicia, Comunidad de Madrid, Castilla y León y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) trabajan conjuntamente para crear una infraestructura de comunicación de alta seguridad en el país, apoyar la industria cuántica europea e impulsar este sector industrial con nuevas empresas en los ámbitos digital y de ciberseguridad. Es un hecho que el ecosistema cuántico ya está en marcha en España.

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