Tecnología cuántica en el espacio para garantizar la seguridad del futuro

En la actualidad estamos viviendo sucesos impensables hasta hace pocos años que están provocando que nos instalemos en un estado de continua transformación e imprevisibilidad. Por ello, hablar también de comunicaciones cuánticas más allá del cine de superhéroes quizás habría parecido hace unos años una ocurrencia cercana a la ciencia-ficción, pero lo cierto es que, más allá del microverso de Ant-Man, el universo cuántico está mucho más cerca de lo que creemos. En el caso de HISPASAT, de hecho, se encuentra en fase de viabilidad y con un horizonte temporal de unos cinco años para su despliegue.

Hablar de comunicaciones cuánticas es hablar, en esencia, de comunicaciones seguras. En la actualidad, todos navegamos con claves seguras a través de lo que conocemos vulgarmente como el “https”, o claves asimétricas público/privadas. Hoy son claves seguras y muy difíciles de desencriptar, pero, en un futuro no muy lejano, cuando la tecnología cuántica esté más desarrollada, cualquier ordenador cuántico podrá romper esta seguridad en la que tanta confianza depositamos. Las propiedades cuánticas tienen un comportamiento muy específico que permite el desarrollo de una computación mucho más avanzada que la clásica, entre otras cosas en la descomposición de grandes números en números primos. Este proceso matemático es precisamente la base de toda la criptografía asimétrica desarrollada en los últimos cuarenta años. La aparición de estos ordenadores cuánticos permite realizar esta descomposición de una forma mucho más rápida y obliga, por tanto, a abordar esta vulnerabilidad desde ya.

Ante este riesgo, las universidades, los centros de investigación y las empresas se están uniendo al desarrollo de esta nueva tecnología y todo lo que ello conlleva, porque es fundamental subirse a este tren en marcha. Para abordar el mundo de la computación cuántica se puede trabajar en dos caminos. Por un lado está la criptografía postcuántica, que se centra en mejorar los algoritmos ya existentes. Un mecanismo que puede implementarse en el software, pero que no será fiable al 100% conforme los ordenadores cuánticos vayan mejorando su capacidad para romper claves. Por otro, la distribución cuántica de claves (QKD por sus siglas en inglés), que se basa en enviar una clave de un punto a otro, fotón a fotón, a través de un haz de luz. De esta manera y gracias al mecanismo de la no posibilidad de clonación determinado por la mecánica cuántica,  tanto el emisor como el receptor podrán detectar de manera infalible, - inmediata y simultánea si la clave ha sido interceptada. En este caso, la clave podrá ser “reparada” y utilizada en función del grado de afectación por un posible espía o desechada simplemente para proceder a enviar otra nueva.

Esa distribución cuántica de claves podría alcanzar solamente distancias máximas de unos 150 kilómetros por medio de la fibra óptica sin comprometer la fiabilidad de la señal. De hecho, si se quisiera ampliar este recorrido, se necesitaría desplegar diferentes nodos que conllevan un fuerte despliegue de infraestructura y mano de obra, pero además no resuelve el problema de la seguridad: al tener que pasar la clave por muchos puntos diferentes, alguno de ellos podría estar comprometido. Por ello, para distancias de más de 150 km, el medio ideal para la distribución cuántica de claves es el satélite, que es capaz de enviar una clave cuántica entre un punto y otro punto dentro de su amplia cobertura.

Hasta la fecha, sólo China ha llevado a cabo una experiencia de QKD vía satélite por medio de la misión MICIUS. Este satélite se sitúa en órbita baja, a unos 600 kilómetros de la Tierra, lo que implica una importante desventaja, ya que su cobertura desde ese punto no es demasiado grande. Además, los satélites de órbita baja tardan en torno a una hora y media en dar una vuelta completa a la Tierra, por lo que la clave pierde inmediatez y, por tanto, seguridad, ya que puede ser interceptada mientras gira hasta que consigue cubrir el área geográfica del receptor. Frente a estos obstáculos, los satélites geoestacionarios se perciben como un objeto fijo por un observador en la Tierra. Además, cuenta con una cobertura mucho más amplia que los satélites de órbita baja, en torno a un tercio del planeta (en el caso de HISPASAT, pueden dar servicio tanto en América como en Europa), por lo que las comunicaciones pueden ser más continuas, inmediatas y, por tanto, seguras. 

De este planteamiento surge la idea del proyecto Caramuel, una iniciativa española liderada por HISPASAT que este año 2022 finaliza su fase de viabilidad[VID2]. Caramuel, llamado así en honor del padre de la criptografía moderna, está integrado por 18 empresas tecnológicas y bancarias, organismos públicos y universidades vinculados a las comunicaciones seguras desde el ámbito de la investigación, las telecomunicaciones o la ciberseguridad en el sector gubernamental o financiero. El objetivo marcado por este consorcio es el de diseñar la que sería la primera misión a nivel mundial de distribución cuántica de claves por medio de un satélite geoestacionario, que se incluiría en un próximo satélite de Hispasat que se lanzaría en 2026. Esta misión podría dar servicio a usuarios gubernamentales, institucionales y corporativos.

Para ello, el segmento terreno de Caramuel incluiría también unos telescopios en tierra que actuarían de emisor y receptor, ubicados en España. Desde ellos se recibirían las claves fotón a fotón desde los 36.000 kilómetros de altura en los que estaría ubicado el satélite. Por delante queda definir cómo realizar esta transmisión de una forma eficiente, resiliente a las condiciones meteorológicas y que permita orientar a un ámbito comercial una tecnología que de momento se ha destinado a aplicaciones científicas.

A lo largo de la vida útil de este satélite, la misión Caramuel permitirá situar a Hispasat y España a la vanguardia de esta tecnología. Más de quince años por delante en los que esta carga útil ya estará a disposición de las demandas de seguridad de toda la Unión Europea, ya que uno de sus requisitos principales es que sea compatible y pueda formar parte de la infraestructura Europea de comunicaciones cuánticas o EuroQCI. Un reto clave para el desarrollo tecnológico nacional en el que estamos trabajando ya.