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19 de Julio de 2017
Tecnología

Primer experimento de comunicación cuántica desde un microsatélite

El logro supone un gran paso en el camino hacia una red global de comunicaciones espaciales protegidas por criptografía cuántica.

Esquema del microsatélite transmisor SOCRATES (izquierda) y del telescopio de un metro que ha recibido la señal (derecha) en el Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y la Comunicación (NICT) de Japón, en Tokio. [NICT]

Un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y la Comunicación (NICT) de Japón ha conseguido efectuar el primer experimento de comunicación cuántica entre un microsatélite y una estación terrestre. En concreto, los científicos han transmitido desde el espacio una secuencia de unos y ceros codificados en sendos estados de polarización de la luz, y han logrado hacerlo de tal forma que se cumplan los requisitos necesarios para el protocolo conocido como «distribución cuántica de claves», un método de comunicación cuya protección frente a posibles espías queda automáticamente garantizada por las leyes de la física cuántica. El trabajo, firmado por Hidekei Takenaka y otros investigadores, se publica en Nature Photonics.

La mayor parte de los experimentos de comunicación cuántica realizados hasta la fecha se han llevado a cabo mediante cables de fibra óptica. Sin embargo, dicho canal limita fuertemente el alcance de las comunicaciones, ya que esta clase de señales cuánticas son muy sutiles (los fotones han de recibirse de uno en uno) y la fibra óptica degrada poco a poco la transmisión, lo que restringe el alcance a unos 200 kilómetros. Con miras a implantar una futura red intercontinental de comunicaciones cuánticas seguras, una solución pasa por emplear comunicaciones por satélite, ya que en tal caso los fotones viajan la mayor parte del tiempo en el vacío y pueden recorrer distancias mucho más vastas.

Hace muy poco, un equipo chino también se valió de un satélite para enviar partículas entrelazadas a más de 1200 kilómetros, un verdadero récord de distancia en este tipo de experimentos. No obstante, en aquel caso se trataba de un satélite de más de 600 kilogramos y diseñado ex profeso para este tipo de investigaciones. Una de las principales novedades del nuevo trabajo es que ha sido efectuado desde SOCRATES, un pequeño satélite de 50 centímetros de lado y menos de 50 kilogramos de peso, que, además, compartía carga útil con otros experimentos. Ello supone todo un logro tecnológico por cuanto abre la puerta a emplear satélites reducidos y de bajo coste para este tipo de comunicaciones. Aunque los resultados se publican ahora, el experimento del NICT fue efectuado en agosto del año pasado, lo que, con independencia de haber usado un microsatélite, lo convierte en el primer protocolo de comunicación cuántica realizado desde el espacio.

Alberto Carrasco-Casado, investigador del NICT y uno de los autores del trabajo, enfatiza que otro hito ha sido conseguir que la señal se recibiese con éxito en una base emplazada en Tokio: «Normalmente se eligen sitios como observatorios astronómicos con muy buenas condiciones atmosféricas», apunta el experto. «En un entorno urbano como Tokio hay muchas más nubes y la turbulencia atmosférica es muchísimo más severa.»

Otros obstáculos técnicos que ha tenido que superar el experimento japonés han sido la adecuada sincronización de los bits emitidos y recibidos; acompasar los sistemas de referencia del emisor y del receptor a fin de este último pudiese leer correctamente la polarización de los fotones; y lograr todo ello a pesar de que la señal se veía afectada por un considerable efecto Doppler, ya que el satélite viajaba a una velocidad de 7 kilómetros por segundo con respecto a la base terrestre, unas veces acercándose a ella y otras alejándose.

Aunque el campo de las comunicaciones cuánticas por satélite no ha hecho más que empezar, los éxitos logrados por estos primeros experimentos auguran prometedores avances en un futuro muy próximo. En cuanto a la posibilidad de que eso permita la implantación de protocolos prácticos de criptografía cuántica a medio plazo, Carrasco-Casado se muestra convencido: «En el NICT ya estamos trabajando para los siguientes experimentos y estamos en contacto con muchas instituciones públicas y privadas que están muy interesadas en adoptar esta tecnología a medio plazo», apunta. «He visto un cambio desde hace aproximadamente un año, y ahora casi todas las agencias espaciales y centros de investigación relacionados están trabajando con mayor o menor intensidad por desarrollar esta tecnología cuanto antes», concluye el investigador.

Ernesto Lozano Tellechea

Más información en la página web del NICT y en Physics World. Un vídeo explicativo del experimento puede verse aquí.

Referencia: «Satellite-to-ground quantum-limited communication using a 50-kg-class microsatellite». Hideki Takenaka et al. en Nature Photonics, publicado en línea el 10 de julio de 2017.

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