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Claves de larga distancia nacional

diciembre 25, 2021
Claves de larga distancia nacional

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El intercambio seguro de claves secretas por un canal público es una tarea esencial en criptografía. Es fundamental para el cifrado simétrico, método ampliamente utilizado en los protocolos de seguridad actuales, como el de seguridad del protocolo de Internet (IPSec) y el de seguridad de la capa de transporte (TLS). Para lograr un intercambio de claves incondicionalmente seguro, una solución prometedora es adoptar la distribución cuántica de claves (QKD). Inspirados en los trabajos anteriores de Steven Wiesner sobre codificación cuántica, Charles Bennett y Gilles Brassard inventaron el primer protocolo QKD en 1984, especificando un método para intercambiar de forma segura claves secretas mediante la transmisión de fotones individuales cuidadosamente preparados1. Su seguridad se basa en el famoso teorema cuántico de no clonación, que afirma que es imposible que alguien haga copias perfectas de un sistema cuántico desconocido2. Este teorema implica que cualquier interacción con los fotones en tránsito les añadirá necesariamente algo de ruido: cuanto más fuerte sea la interacción, mayor será el ruido impartido. Con esto, las partes de QKD pueden estimar cuánta información sobre la clave secreta transmitida se ha filtrado. Posteriormente, realizan conjuntamente el procesamiento de los datos (corrección de errores y amplificación de la privacidad) para convertir los datos locales en un par de claves secretas idénticas.

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«La clave es tener un equipo cohesionado y un número limitado de contactos en la red de comunicación», dice Susskind. «Esto permite a los miembros del equipo beneficiarse de la fuerza y las relaciones dentro de su equipo y no tener sus interacciones de equipo diluidas por una base más grande de contactos de la red».

Los investigadores se centraron en el trabajo realizado por equipos de once universidades en un proyecto de investigación de ámbito nacional realizado por el Instituto Educativo de la Asociación Americana de Hoteles y Alojamientos (AH&LA) en colaboración con seis cadenas hoteleras nacionales.

Descubrieron que los grupos de trabajo que se comunican con frecuencia, tanto interna como externamente, son más productivos que los grupos con menos interacciones, lo que sugiere que la comunicación en red y el flujo de información son partes fundamentales del proceso del equipo.

Y, a medida que los miembros del equipo establecían vínculos más fuertes en el transcurso de la realización del proyecto, el rendimiento individual también mejoraba. Hubo una fuerte conexión negativa entre los conflictos experimentados durante el proyecto y la cohesión de los miembros del equipo.

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Presentamos el primer experimento de distribución de claves cuánticas (QKD) basado en el entrelazamiento en una fibra óptica de 100 km. Utilizamos detectores superconductores de fotones individuales basados en nanohilos de NbN que proporcionan una detección de fotones individuales de alta velocidad para la banda de telecomunicaciones de 1,5-υm, una fuente eficiente de pares de fotones enredados que consiste en una guía de ondas de niobato de litio acoplada a la fibra y con polos periódicos y filtros de pérdidas ultrabajas, así como interferómetros Mach-Zehnder (MZI) de circuito de onda luminosa planar con un funcionamiento ultraestable. Estas características nos permitieron realizar un experimento de QKD basado en el entrelazamiento en una fibra óptica de 100 km. En el experimento, que duró aproximadamente 8 horas, generamos con éxito una clave tamizada de 16 kbit con una tasa de error de bits cuánticos del 6,9 % a una velocidad de 0,59 bits por segundo, a partir de la cual pudimos destilar una clave segura de 3,9 kbit.

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Esquema simplificado de QKD a larga distancia sobre fibra multinúcleo (MCF). Izquierda: El estado de Alice, codificado espacialmente en la sección transversal de la MCF, se prepara para su transmisión a través de un espejo deformable (DM). Centro: 300 m de MCF forman el canal de transmisión. Derecha: El DM de Bob cambia la configuración de la medición, y el estado transmitido por Alice se proyecta en el detector. [Ampliar la figura]

La distribución de claves cuánticas (QKD), una de las principales aplicaciones de la tecnología cuántica, permite la generación remota de una clave secreta entre dos partes.1 Aumentar la tasa de generación de estas claves secretas constituye un importante reto actual. Un enfoque directo consiste en aumentar la eficiencia global en el uso del canal ampliando la dimensionalidad de los portadores de información cuántica (fotones individuales). Tradicionalmente, la mayoría de los experimentos de información cuántica han utilizado sistemas bidimensionales, los llamados qubits. Si recurrimos a un espacio de Hilbert de N dimensiones, podemos aumentar la capacidad de transporte de información de un solo fotón a log2N bits.2

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