Investigadores de Toshiba Europe han alcanzado un hito técnico al lograr la transmisión de datos cifrados cuánticamente a través de cables de fibra óptica ya instalados en una red de telecomunicaciones en Alemania. Este logro, que se apoya en la tecnología de Distribución Cuántica de Claves (QKD, por sus siglas en inglés), se ha conseguido sin necesidad de sistemas criogénicos, lo cual representa una notable simplificación logística y económica. Gracias a este experimento, se demuestra que es viable implementar soluciones de comunicación cuántica sobre infraestructuras ya desplegadas, lo que acelera notablemente su adopción futura. En paralelo, la Universidad de Northwestern ha demostrado que es posible realizar teleportación cuántica sobre redes convencionales mientras se transmite simultáneamente tráfico de datos clásico. Ambos avances apuntan hacia un modelo híbrido de comunicaciones que combina la seguridad de la física cuántica con la practicidad de las infraestructuras actuales.

Introducción a la comunicación cuántica y su relevancia

La física cuántica ha prometido durante años transformar el mundo de las comunicaciones, pero hasta ahora sus aplicaciones reales habían estado limitadas por complejidades técnicas. La criptografía cuántica, en particular, ofrece un enfoque fundamentalmente diferente al cifrado convencional: basa su seguridad en leyes físicas inmutables en lugar de en la complejidad matemática. El principal exponente de esta tecnología es la QKD, que permite a dos partes generar una clave secreta compartida utilizando partículas cuánticas como fotones. Cualquier intento de espionaje modifica el estado de estas partículas, lo que revela la intrusión de forma inmediata.

El experimento de Toshiba: QKD a 254 km sobre red comercial

En el experimento desarrollado por Toshiba Europe, los datos cifrados cuánticamente fueron transmitidos sobre una red real de telecomunicaciones en Alemania que conecta varias ciudades. La distancia alcanzada fue de 254 kilómetros, una cifra considerable teniendo en cuenta que el mayor reto técnico de la QKD es el debilitamiento de la señal cuántica a medida que se incrementa la distancia. Para solventar este problema, se utilizó un sistema de compensación de fluctuaciones térmicas y de fase, sin necesidad de enfriamiento criogénico, lo que reduce drásticamente los costes de implementación.

Desde un punto de vista técnico, el sistema se basó en un enfoque de codificación de fase de un solo fotón utilizando multiplexación por división de tiempo (TDM). Este sistema permitió operar a una tasa de error cuántico por bit (QBER) inferior al 5 %, lo que es adecuado para mantener la integridad de las claves generadas. La velocidad de generación de claves secretas alcanzó los 10 kilobits por segundo, una cifra que, si bien modesta, es adecuada para cifrar comunicaciones sensibles como llamadas de voz o mensajes de texto críticos.

Seguridad reforzada para sectores críticos

La principal ventaja de la QKD frente a los sistemas de cifrado clásicos es su inmunidad frente a ataques por parte de ordenadores cuánticos, que en el futuro podrían romper algoritmos como RSA o ECC. Esta tecnología resulta especialmente relevante para sectores que requieren confidencialidad máxima, como la banca, la defensa, el control aéreo o las instituciones gubernamentales.

La posibilidad de integrar QKD en redes metropolitanas sin realizar cambios estructurales importantes en la infraestructura abre la puerta a soluciones comerciales escalables. Además, la implementación en redes existentes elimina la necesidad de tender nuevas fibras exclusivas para comunicación cuántica, reduciendo la inversión inicial y acelerando el despliegue.

Teleportación cuántica sobre red convencional

De forma complementaria, el equipo de la Universidad de Northwestern, en Estados Unidos, logró enviar estados cuánticos mediante teleportación a través de 30 kilómetros de fibra óptica ya utilizada para comunicaciones convencionales. Este experimento fue posible gracias a una técnica de multiplexación que separa las señales cuánticas y clásicas mediante diferentes longitudes de onda. Durante la prueba, los fotones cuánticos fueron enviados sin ser perturbados por el tráfico clásico simultáneo.

Este hallazgo sugiere que es factible establecer una red cuántica sobre la infraestructura actual de internet, sin requerir canales exclusivos. Además, se logró una fidelidad superior al 90 % en la reconstrucción del estado cuántico en el extremo receptor, un resultado que confirma la viabilidad de la coexistencia entre ambos tipos de comunicación.

Retos técnicos a superar

Aunque los avances son prometedores, aún existen obstáculos para que la comunicación cuántica se convierta en una tecnología de uso masivo. Entre los retos más destacados se encuentran:

• La atenuación de la señal cuántica en largas distancias, que exige técnicas de repetición cuántica aún en desarrollo.

• La sensibilidad extrema de los fotones cuánticos frente a interferencias térmicas, vibraciones o pérdida de sincronía.

• La velocidad de transmisión aún limitada, que dificulta su uso para grandes volúmenes de datos.

• La complejidad de integración con protocolos de red estándar, como TCP/IP, especialmente cuando se intenta mantener la coherencia cuántica.

La comunidad científica trabaja en el desarrollo de nuevos materiales, emisores de fotones más estables y repetidores cuánticos que amplifiquen señales sin romper el entrelazamiento. También se están desarrollando protocolos híbridos que combinan QKD con cifrados post-cuánticos resistentes a la computación cuántica.

Aplicaciones futuras y su impacto

El impacto potencial de la comunicación cuántica segura va mucho más allá de la mensajería cifrada. Una red cuántica global podría permitir la creación de una «internet cuántica» donde la información no solo se transmite sino que se comparte de forma instantánea y segura entre nodos entrelazados. Esto abriría nuevas posibilidades en computación distribuida, donde múltiples ordenadores cuánticos podrían trabajar como una sola unidad remota, o en navegación cuántica ultra precisa que no depende del GPS.

Además, los gobiernos están invirtiendo en redes cuánticas nacionales. Por ejemplo, la Unión Europea ha lanzado la iniciativa EuroQCI (Quantum Communication Infrastructure), que pretende conectar los países miembros mediante una red cuántica segura. Países como China y EE. UU. también están desarrollando sus propios proyectos estratégicos, conscientes del valor geopolítico de esta tecnología.

Conclusión

El hecho de que tecnologías de comunicación cuántica puedan aprovechar la infraestructura existente es un punto de inflexión para su adopción. El trabajo de Toshiba Europe y de la Universidad de Northwestern pone de manifiesto que es posible llevar la seguridad cuántica más allá de los laboratorios, hacia aplicaciones reales que pueden beneficiar a múltiples sectores. Aunque el camino hacia una red cuántica global aún está lleno de desafíos, el potencial transformador de estas tecnologías es evidente y podría redefinir los estándares de seguridad digital en las próximas décadas.