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Hace diez años China puso en órbita el primer satélite diseñado para comunicaciones cuánticas y demostró que era posible intercambiar claves de seguridad entre lugares separados por miles de kilómetros

En agosto de 2016 China lanzó al espacio un satélite llamado Micius. En aquel momento fue presentado como el primer satélite del mundo dedicado a experimentar con comunicaciones cuánticas. Aunque ocurrió hace una década, sigue siendo uno de esos avances tecnológicos que parecen sacados de una película y que muchas personas nunca llegaron a conocer.

Pero ¿qué significa exactamente que un satélite sea “cuántico”? ¿Envía Internet cuántico? ¿Es imposible de hackear? Para entender su importancia primero conviene compararlo con los satélites que utilizamos normalmente.

Qué hace un satélite común

Un satélite de comunicaciones tradicional funciona, simplificando mucho, como una enorme estación de retransmisión ubicada en el espacio. Recibe señales desde una parte de la Tierra y las vuelve a enviar hacia otra. De esta manera pueden transmitirse televisión, telefonía, datos, conexión a Internet y muchos otros servicios a grandes distancias.

La seguridad de esas comunicaciones depende principalmente de sistemas de cifrado matemático. La información se transforma utilizando una clave y solamente quien posee la clave correcta puede volver a interpretarla. El problema es que la seguridad depende de que esa clave permanezca secreta.

Entonces, ¿qué tiene de diferente Micius?

Micius no fue creado simplemente para transportar datos como un satélite convencional. Su misión principal fue realizar experimentos utilizando partículas de luz llamadas fotones y aprovechar propiedades de la mecánica cuántica para distribuir claves de cifrado entre estaciones ubicadas en distintos lugares del planeta.

La idea parece extraña, pero puede imaginarse de una forma sencilla. Supongamos que dos personas necesitan compartir una contraseña extremadamente secreta. En una comunicación tradicional esa contraseña viaja por algún medio y existe la posibilidad de que alguien intente copiarla sin que los participantes se den cuenta. En una distribución cuántica de claves, en cambio, la información utilizada para construir esa clave está representada mediante estados cuánticos de partículas.

El detalle que cambia todo

En mecánica cuántica, medir una partícula puede modificar su estado. Eso permite diseñar sistemas donde, si una tercera persona intenta observar los fotones utilizados para generar una clave, introduce alteraciones que los participantes pueden detectar. Si aparecen demasiadas diferencias, la clave se descarta y no se utiliza.

Eso no significa que todo el mensaje viaje mágicamente dentro de partículas cuánticas ni que cualquier sistema conectado a Micius sea automáticamente imposible de hackear. Lo que busca protegerse mediante esta tecnología es principalmente la distribución de las claves utilizadas posteriormente para cifrar la comunicación.

Por qué hacía falta llevar esta tecnología al espacio

Uno de los grandes problemas de enviar estados cuánticos mediante fibra óptica es que la señal se debilita rápidamente con la distancia. Los fotones pueden perderse y no resulta tan sencillo amplificarlos como hacemos con una señal tradicional, porque medir o copiar un estado cuántico puede destruir la información que intentamos conservar.

Colocar el emisor en un satélite permite que buena parte del recorrido se realice prácticamente por el vacío del espacio, donde las pérdidas pueden ser mucho menores. El satélite pasa sobre una estación terrestre, establece el enlace óptico y envía los fotones hacia telescopios preparados para recibirlos.

Un experimento a más de 1.200 kilómetros

En 2017, científicos que trabajaban con Micius consiguieron distribuir pares de fotones entrelazados hacia dos estaciones terrestres separadas por aproximadamente 1.200 kilómetros. Hasta entonces realizar este tipo de experimento a semejante distancia había sido extremadamente difícil mediante conexiones terrestres.

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más llamativos de la física. Dos partículas pueden prepararse de manera que sus propiedades queden relacionadas incluso después de separarlas. Micius permitió demostrar que esas correlaciones podían mantenerse mientras los fotones viajaban desde el espacio hacia lugares muy alejados entre sí en la Tierra.

También permitió una comunicación entre China y Europa

La misión no quedó solamente en experimentos de laboratorio. Investigadores chinos y austríacos utilizaron Micius para establecer claves cuánticas entre estaciones de ambos países y posteriormente realizaron una videoconferencia protegida mediante esas claves entre Beijing y Viena.

La videollamada en sí continuó viajando mediante sistemas de comunicación convencionales. La diferencia estaba en la forma de generar y compartir las claves utilizadas para cifrarla. De esta manera se demostró que un satélite podía funcionar como parte de una infraestructura de comunicaciones cuánticas entre continentes.

¿Esto significa que existe un Internet cuántico?

Todavía no en el sentido en que utilizamos Internet todos los días. Micius fue principalmente una plataforma experimental que permitió comprobar varias de las piezas necesarias para construir futuras redes cuánticas globales. Para conseguir algo comparable con Internet sería necesario combinar muchos satélites, estaciones terrestres, redes de fibra óptica y dispositivos capaces de manejar información cuántica de forma confiable.

Sin embargo, demostrar que era posible establecer enlaces cuánticos desde el espacio eliminó uno de los grandes obstáculos: la distancia. Por eso Micius suele considerarse uno de los primeros pasos concretos hacia redes cuánticas capaces de conectar lugares muy alejados del planeta.

¿Para qué podría servir en el futuro?

Las comunicaciones cuánticas podrían resultar especialmente interesantes en lugares donde la seguridad de la información es crítica, como organismos gubernamentales, centros de investigación, bancos, infraestructuras estratégicas o redes internacionales. La posibilidad de detectar intentos de interceptación durante el intercambio de claves agrega una capa de seguridad que no existe de la misma forma en las comunicaciones tradicionales.

También existe otro motivo por el que este campo está recibiendo tanta atención. Las futuras computadoras cuánticas podrían poner en riesgo algunos de los algoritmos criptográficos que actualmente protegen gran parte de Internet. La distribución cuántica de claves representa una de las tecnologías que se están investigando para proteger determinadas comunicaciones frente a ese escenario.

Un satélite de 2016 que todavía apunta al futuro

Micius fue lanzado cuando términos como computación cuántica, entrelazamiento o Internet cuántico todavía estaban muy lejos de aparecer habitualmente en conversaciones sobre tecnología. Diez años después, estos conceptos reciben cada vez más atención y aquel satélite puede verse como uno de los experimentos que ayudaron a transformar varias ideas teóricas en demostraciones reales.

Quizás dentro de algunos años veamos constelaciones de satélites distribuyendo claves cuánticas entre países como hoy vemos redes de comunicaciones convencionales. Micius no creó ese futuro por sí solo, pero demostró que una parte importante de esa tecnología podía funcionar fuera del laboratorio y a escala intercontinental.

Ver imágenes oficiales del proyecto Micius

"Micius no reemplazó a los satélites tradicionales: demostró que el espacio también podía convertirse en una pieza clave para proteger las comunicaciones mediante las leyes de la física."