Detectores de alto rendimiento con un rendimiento sin precedentes para combatir espías
La distribución de claves cuánticas es el esquema más viable para garantizar la seguridad de la información en presencia de computadoras cuánticas a gran escala. Sin embargo, sus tasas de clave secreta siguen estando limitadas a 10 Mbps debido a cuellos de botella en el lado del receptor. Un nuevo estudio describe un detector de un solo fotón de nanocables superconductores de píxeles múltiples diseñado para garantizar altas tasas de conteo y una discriminación de tiempo precisa.
La física cuántica puede combatir el robo de datos codificando la información en partículas individuales de luz y haciéndolas circular a través de una fibra óptica. El rendimiento de los detectores de un solo fotón, en particular, podría ser mejor para la implementación a gran escala de esta tecnología de telecomunicaciones. Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y la empresa ID Quantique han multiplicado por veinte su velocidad. Esta innovación, que se descubrirá en, permite lograr un rendimiento sin precedentes en la distribución cuántica de claves.
La criptografía cuántica o distribución de claves cuánticas permite que dos partes generen claves secretas compartidas y las transmitan a través de fibras ópticas de una manera muy segura. De hecho, las leyes de la mecánica cuántica estipulan que la medición afecta el estado del sistema medido. Por lo tanto, si un espía intenta medir los fotones para robar la clave, la información se alterará instantáneamente y se revelará la intercepción.
Sin embargo, la velocidad de los detectores de fotones individuales utilizados para recibir la información está limitada a 30 nanosegundos, lo que limita el rendimiento de las claves secretas a 10 megabits por segundo.
Los científicos de este estudio superan esta limitación al desarrollar un detector más capaz. Puede contar veinte veces más rápido que un dispositivo de un solo cable.
Fadri Grünenfelder, ex estudiante de doctorado en el Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de UNIGE y primer autor del estudio, explica: “Actualmente, los detectores más rápidos para nuestra aplicación son los detectores de fotones simples de nanocables superconductores. Estos dispositivos contienen un diminuto cable superconductor enfriado a -272 °C. Si un solo fotón lo golpea, se calienta. Deja de ser superconductor por un corto tiempo, generando así una señal eléctrica detectable. Cuando el cable vuelve a enfriarse, se puede detectar otro fotón.
Lograron tasas de detección récord al integrar catorce nanocables en su detector, que puede contar veinte veces más rápido que un dispositivo de un solo cable. Los nanohilos utilizados también son más cortos, lo que contribuye a reducir su tiempo de recuperación. Los investigadores pudieron generar una clave secreta a una velocidad de 64 megabits por segundo a lo largo de 10 km de cable de fibra óptica, cinco veces el rendimiento de la tecnología actual a esta distancia.
Hugo Zbinden ha dicho, “Nuestros detectores pueden contar veinte veces más rápido que un dispositivo de un solo cable. Si dos fotones llegan en poco tiempo a estos nuevos detectores, pueden tocar diferentes cables y ambos ser detectados. Con un solo hilo es imposible”.
Estos resultados abren posibilidades para el transporte de datos ultraseguro, lo que podría beneficiar a los bancos, los sistemas de salud, los gobiernos y las fuerzas armadas. También se pueden utilizar en otros campos donde la detección de luz es esencial, como la astronomía y las imágenes médicas.
Este resultado allana el camino para las aplicaciones que exigen claves secretas, como el cifrado de video seguro de un solo búfer en tiempo real en un área metropolitana. Estos resultados abren nuevas perspectivas para la criptografía cuántica.
Referencia de la revista:
- Grünenfelder, Boaron, et al. Los rápidos detectores de fotones individuales y la destilación de claves en tiempo real permiten sistemas de distribución de claves cuánticas con altas tasas de claves secretas. Nature Photonics. YO: 10.1038/s41566-023-01168-2
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