Cataluña, pionera en la implementación de la seguridad cuántica en Internet

Éxito de la primera conexión con criptografía cuántica con tecnología propia y embrión de la futura red metropolitana, que se conectará al Internet cuántico estatal y paneuropeo. El vicepresidente del Govern y consejero de Políticas Digitales y Territorio, Jordi Puigneró, acompañado de la consejera de Investigación y Universidades, Gemma Geis, ha presidido hoy la presentación de los resultados del proyecto 'Criptografía Cuántica en Comunicaciones Críticas', una iniciativa nacida en el marco del Programa de Investigación e Innovación en Tecnologías Digitales Avanzadas (TDA) impulsado por Políticas Digitales, cuyo objetivo era desarrollar y validar un sistema de claves cuánticas para la encriptación y transmisión ultrasegura de información crítica.

El proyecto, impulsado y financiado con 1,2 millones de euros por Políticas Digitales y llevado acabo por el ICFO -Instituto de Ciencias Fotónicas, se ha implementado en forma de prueba piloto en un enlace de comunicación cuántica, a través de una fibra óptica punto a punto de una distancia de 30 km, entre las sedes del ICFO, en Castelldefels, y el Centro de Telecomunicaciones y Tecnologías de la Información de la Generalidad de Cataluña (CTTI), en Hospitalet del Llobregat.

Esta primera y exitosa conexión cuántica, que ha permitido probar y validar la metodología y tecnología utilizadas sobre el terreno, se ha reproducido hoy durante la presentación de los resultados, objetivos y próximos pasos del proyecto, con una videoconferencia entre el vicepresidente Puigneró y Silvia Carrasco , Directora de la Unidad de Transferencia de Conocimiento y Tecnología del ICFO, a través del enlace de comunicación cuántica establecido en la prueba piloto. En la presentación también han participado el director general de Innovación y Economía Digital, Daniel Marco; el director del ICFO, Lluís Torner; y la directora de Desarrollo de Negocio en LuxQuanta, Vanesa Diaz.

Primeros pasos del proyecto

Hace dos años, en el marco del Programa de Investigación e Innovación en Tecnologías Digitales Avanzadas (TDA), Políticas Digitales unió esfuerzos con el ICFO para poner en marcha un proyecto que impulsara las tecnologías cuánticas, con el objetivo de desplegar las comunicaciones cuánticas en Cataluña.

El reto propuesto en el programa TDA consistía en disponer de un sistema de comunicación segura entre puntos utilizando la criptografía cuántica sin tener que variar la actual red corporativa. El objetivo del proyecto, coordinado por el Prof. ICREA del ICFO Valerio Pruneri, era dar respuesta a la necesidad de fortalecer la seguridad en las comunicaciones y superar las principales barreras detectadas por democratizar el uso de las tecnologías cuánticas con soluciones de bajo coste fácilmente integrables en el ecosistema tecnológico actual.

Por eso, como primer paso, se desarrollaron métodos de encriptación de claves cuánticas que pudieran integrarse como una capa adicional a las líneas de telecomunicaciones tradicionales y permitir comunicaciones ultraseguras para la transmisión de datos críticos.

Desarrollo del piloto

Dentro del marco del proyecto y como segundo paso, un equipo de investigadores del ICFO, Cellnex Telecom -gestor de la Xarxa Oberta de Catalunya-, y la empresa spin-off derivada del ICFO LuxQuanta, creada recientemente, ha realizado una prueba piloto desplegando maquinaria y software en la red de fibra óptica de la Generalitat de Catalunya. La prueba piloto ha consistido en establecer un enlace de comunicación cuántica, punto a punto de 30 km, entre las sedes del ICFO (Castelldefels) y el Centro de Telecomunicaciones y Tecnologías de la Información CTTI (L'Hospitalet del Llobregat).

El objetivo principal ha sido poner a prueba sobre el terreno la implementación de un sistema de comunicación segura, punto a punto, que utilice la técnica o protocolo de comunicación segura llamado "Distribución Cuántica de Claves" (QKD por sus siglas en inglés). Este protocolo es un método de cifrado basado en las leyes de la física cuántica, que utiliza fenómenos cuánticos para crear una clave completamente segura. La clave se crea codificando los bits aleatorios en fotones y se transmite a través de las actuales redes de fibra óptica o incluso a través del espacio.

El nacimiento de una nueva empresa

Como resultado de este proyecto conjunto, el ICFO fundó la spin-off LuxQuanta, empresa nacida con la misión de facilitar las comunicaciones ultraseguras mediante el uso de tecnologías cuánticas. La empresa aportó los conocimientos necesarios para la implementación de la tecnología, la fabricación de los dispositivos transmisores y receptores y su integración en la actual red de telecomunicaciones por fibra óptica. También permitió desarrollar los protocolos QKD que garantizaran una conexión segura.

Empresas como LuxQuanta reafirman el enorme potencial que esta tecnología puede brindar para proteger todo tipo de datos en el futuro, ampliando el impacto a otros ámbitos de gran importancia para la sociedad en general, más allá del sector de las telecomunicaciones, como infraestructuras críticas, la administración pública o el sector sanitario, entre otros.

Se trata, pues, de un ejemplo de éxito del modelo de investigación e innovación 'mission driven' impulsado por el Gobierno -donde la Administración plantea retos propios-, y de 'dual-use', donde los resultados de la investigación son utilizados por el sector público y transferidos al sector privado para la generación de crecimiento económico, la creación de puestos de trabajo y la consecución de soberanía tecnológica y liderazgo global.

Validando la tecnología

Para probar y validar el equipo, LuxQuanta llevó a cabo diversas pruebas de comunicación entre el ICFO y el CTTI, utilizando chats y videoconferencias como ejemplos en los que se podría implementar. Lo hizo utilizando componentes de Quside, otra spin-off del ICFO, que diseña y fabrica tecnologías cuánticas innovadoras basadas en generadores de números aleatorios cuánticos. Así, se generaron las claves cuánticas y se cifró cada mensaje. Mediante una pantalla de control, se podían monitorear el rendimiento del canal de comunicación y ver cómo el sistema alertaba a los usuarios de la presencia de algún hacker que pudiera estar escuchando la llamada.

Al contrario de lo que ocurre con los métodos de encriptación tradicionales, basados en algoritmos matemáticos, con este método es posible detectar el momento en que alguien intercepta el intercambio de claves. Cuando un hacker intenta recuperar la información codificada en los fotones, las propiedades de estos mismos fotones cambian irreversiblemente, porque los estados cuánticos no pueden clonarse ni copiarse.

Es decir, al intentar observar los fotones que componen la clave se modifica la información que hay codificada, y esto alerta a las partes que alguien ha interceptado el intercambio de claves y éstas quedan comprometidas. Entonces, la clave se descarta y se genera una nueva, que se vuelve a enviar a cada una de las partes para continuar con una comunicación segura.

El Internet Cuántico en Barcelona

Este enlace exitoso es el primer paso hacia el despliegue del anillo cuántico en Barcelona, trazado a través de la red de fibra óptica de la Generalidad de Cataluña y Cellnex Telecom, que a la larga formará parte del despliegue de la Internet cuántica en el ámbito europeo. El anillo físico rodeará la ciudad de Barcelona, y buscará conectar diversas infraestructuras y equipamientos clave, demostrando, por un lado, la escalabilidad de esta tecnología en otras áreas más grandes, y por otro, que la transmisión de información crítica se puede llevar a cabo de forma ultrasegura. En futuras fases de despliegue está previsto que el anillo de Barcelona se conecte vía terrestre y satélital con otras localizaciones estatales e internacionales.

Este anillo supone la primera materialización de una iniciativa que sitúa a Barcelona en el mapa europeo como un importante hub de innovación en tecnologías cuánticas, posicionándola entre los actores destacados en la materia y líderes en el desarrollo y el despliegue de estas tecnologías en Europa, como Alemania, Francia o Países Bajos.

Se trata de un proyecto estratégico para el país que será uno de los ejes de actuación de la iniciativa 'Cuántica – Valle Mediterráneo de la Ciencia y las Tecnologías Cuánticas' impulsada por el Gobierno y que espera recibir financiación de los fondos estatales y fondos europeos NextGenerationEU con el fin de acelerar su implantación.

El embrión del EuroQCI

Por otra parte, la ejecución del anillo cuántico en Barcelona supondrá un paso más hacia el desarrollo de la futura infraestructura paneuropea de comunicaciones cuánticas, la llamada EuroQCI, que se desarrollará en breve en el marco del Programa Complementarias de Comunicaciones Cuánticas, financiado por la Generalidad de Cataluña y por el Ministerio de Ciencia e Innovación en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, y de los programas Quantum Flagship y Digital Europe, de la Comisión Europea.

Esta iniciativa de la Comisión Europea dotará a Europa de una red de comunicaciones cuánticas que se desplegará durante los próximos diez años. Certificada punto a punto, permitirá la transmisión y almacenamiento de datos e información de forma totalmente segura mediante conexiones y enlaces, terrestres y satélitales, entre las diferentes infraestructuras clave dentro de la Unión Europea.