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El catedrático de la ETSIINF, Vicente Martín, es el coordinador científico del Plan Complementario de Comunicaciones Cuánticas

El acto fue presentado por la ministra de Ciencia e Innovación Diana Morant

Noticia. Enviado por decanato válido desde 01/04/2022 hasta 01/12/2022 (vigente)

 

Infraestructura cuántica: hacia una red de comunicaciones de alta seguridad

1-04-2022

El catedrático de la ETSIINF, Vicente Martín, es el coordinador científico del Plan Complementario de Comunicaciones Cuánticas, presentado por la ministra de Ciencia e Innovación, Diana Morant, en el Campus de Montegancedo de la UPM. Esta iniciativa pretende crear una estructura de comunicaciones de alta seguridad para España, apoyar el desarrollo de una industria cuántica europea e impulsar un nuevo sector industrial con empresas en los ámbitos digital y de ciberseguridad.

 

Con el fin de impulsar la ciencia y la innovación, en áreas estratégicas como la comunicación cuántica, el Gobierno de España ha puesto en marcha planes complementarios de I+D+i, programas en colaboración con las comunidades autónomas. El Plan de Comunicación Cuántica tiene como objetivos crear una infraestructura de comunicaciones de alta seguridad en España; apoyar la industria cuántica europea e impulsar un nuevo sector industrial con nuevas empresas en el ámbito digital y de la ciberseguridad. El programa contará con la participación de las Comunidades de Madrid, Cataluña, País Vasco, Galicia y Castilla y León, así como del CSIC, y tiene un presupuesto total de 73M€, de los cuales 54M€ proceden de MCIN.

Los ciberataques masivos comprometen  la seguridad de la información sensible tanto de  empresas como de gobiernos. Este escenario,  que representa uno de los mayores problemas que afronta nuestra sociedad de la información, necesita imperiosamente una solución definitiva.  El origen de esta vulnerabilidad  subyace en el hecho de que la tecnología actual de ciberseguridad, clásica, está desarrollada bajo el principio de que los mensajes y transacciones comerciales de internet pueden permanecer cifrados en la red. Para ello, entre el emisor y el receptor  de un mensaje, se programa la solución de algún problema matemático sumamente complejo, esta solución constituye la clave de cifrado del mensaje en la red. El mensaje permanecerá seguro mientras ningún atacante sea capaz de resolver el problema concreto que se usó para crear la clave. No obstante, este tipo de seguridad, basada en la complejidad computacional, se ha puesto en peligro con la llegada de los ordenadores cuánticos, para los que los problemas matemáticos usados en la mayoría de la criptografía actual son fáciles de resolver.  De hecho los bits que forman el mensaje en su tránsito en red son vulnerables ya que pueden ser interceptados por algún espía interpuesto (para almacenarlos y analizados posteriormente) sin que la intrusión pueda ser detectada.

Lo fascinante del mundo cuántico no se limita únicamente a la posibilidad de atacar la seguridad de las redes actuales, expuestas clásicamente, sino que, por suerte,  la física cuántica nos abre la posibilidad de evitar la intrusión de un pirata informático en la red. Ello puede hacerse si la propia infraestructura de la red de comunicaciones es cuántica. Por esta razón los gobiernos y las empresas están siendo conscientes de la urgente necesidad de actualizar las redes para crear una infraestructura  cuántica de  comunicaciones que resuelva definitivamente el problema de la seguridad de Internet. En estas redes, las señales se transmiten codificadas  en bits cuánticos (qubits) detectándose la intrusión de cualquier atacante que desee copiar la información transmitida. La información cuántica no puede ser copiada,  es decir, una red cuántica es, en principio, inviolable.

La tecnología de  Distribución de Clave Cuántica (Quantum Key Distribution, QKD) se basa en protocolos de información cuántica y es, de todas las tecnologías cuánticas, la que está en un estado más avanzado, siendo incluso viable para algunas aplicaciones comerciales. Ello se debe al enorme progreso  que se ha llevado a cabo en la tecnología de fibra óptica así como en las comunicaciones ópticas en espacio libre.  La criptografía cuántica se basa en la emisión de estados cuánticos de un solo fotón mediante pulsos laser. Los fotones pueden ser transmitidos desde el emisor al receptor usando los denominados canales cuánticos (capaces de transmitir estados cuánticos, típicamente, un único fotón o qubit).  En la Universidad Politécnica de Madrid se han diseñado y demostrado prototipos de redes cuánticas desde 2009. La última red es parte de los proyectos Europeos CiViQ (Continuous Variables Quantum Communications), un proyecto del Quantum Flagship, y OpenQKD (Open European QKD network) un proyecto considerado como el inicio de la European Quantum Communications Infrastructure. Esta red, en la que también participan Telefónica y RedIMadrid es la más grande que se ha hecho en Europa hasta la fecha. Su objetivo es demostrar la integración de comunicaciones cuánticas, en redes de comunicaciones comerciales, para lo que se utiliza un rango de tecnologías, tanto cuánticas como clásicas. La red cuántica es de ámbito metropolitano y está desplegada en diversos nodos en producción, disponiendo de conexiones cuánticas que van entre los 4 y los 40 Km. “En la red comparten infraestructura comunicaciones cuánticas y clásicas, dispositivos de comunicaciones cuánticas que usan distintos tipos de qubits, así como dispositivos de cifrado de varios fabricantes alimentándose de las claves que genera la red cuántica. Esto es posible utilizando mecanismos de control derivados de las tecnologías SDN (redes definidas o software) aplicados al mundo cuántico” destaca Vicente Martín, coordinador del Grupo de Investigación en Comunicaciones Cuánticas de la UPM. Este logro es fundamental puesto que  posibilita la transición entre el Internet Clásico (donde los mensajes  están codificados en bits) y el Internet Cuántico, que hace uso de las nuevas capacidades de los qubits.  

Los centros de investigación, las universidades, las empresas  y los gobiernos trabajan intensamente en el desarrollo de redes de comunicaciones cuánticas más escalables y eficientes, así como en la estandarización de protocolos, procesos e interfaces necesarios para su industrialización. Para conseguir estos requisitos imprescindibles, el European Quantum Flagship, proyecto insignia de la Comisión Europea, desarrolla  la investigación e innovación en tecnologías cuánticas (QT) y, con estos antecedentes, el programa del plan complementario de Comunicaciones Cuánticas  del Ministerio de Ciencia e Innovación, se suma y da continuidad a este amplio programa, marcando como objetivos estratégicos los siguientes:

1- Crear una Estructura de Comunicaciones de alta seguridad para España, inmersa en las iniciativas europeas para estas redes.

2- Apoyar el desarrollo de una  industria cuántica  Europea.

3- Impulsar un nuevo sector industrial con empresas en los ámbitos digital y de ciberseguridad, potenciando, de este modo, la transición digital Europea.

El programa de Comunicaciones Cuánticas abarca actuaciones en varias  comunidades autónomas (Madrid, Cataluña, País Vasco, Castilla León y Galicia), así como el CSIC. La coordinación científica general del programa así como la del proyecto de la Comunidad de Madrid recae en el coordinador del Grupo de Investigación en Información Cuántica de la Universidad Politécnica de Madrid, Vicente Martín.

La ministra de Ciencia e Innovación, Diana Morant, ha presentado la iniciativa en el Campus de Montegancedo de la Universidad Politécnica de Madrid, acompañada por Asunción Gómez, vicerrectora de Investigación, Innovación y Doctorado de la UPM y del coordinador científico del Plan, Vicente Martín, catedrático de la UPM y director del CCS-UPM.

Asimismo, han asistido los representantes de las Comunidades Autónomas Jokin Bildarratz, consejero de Educación del País Vasco; Joan Gómez, director general de Investigación de Cataluña; Francisco Conde, vicepresidente segundo y consejero de Economía, Empresa e Innovación de Galicia; Pilar Garcés, viceconsejera de Universidades e Investigación de Castilla y León; y Fidel Rodriguez, viceconsejero de Universidades, Ciencia e Innovación de la Comunidad de Madrid.

La línea principal de actuación de este programa   desarrollará  una red de comunicaciones de alta seguridad, resistente a cualquier ataque computacional, ya sea por medios clásicos o cuánticos,primero para sistemas en fibra y, más adelante, en otras redes más amplias,  incluyendo los satélites, que constituye el segmento espacial de la EuroQCI  (European Quantum Communication Infrastructure) para las comunicaciones a muy larga distancia, y, también,  comunicaciones con vehículo aéreo no tripulado. En esta misma línea se desarrollará tecnología basada en entrelazamiento, incluyendo repetidores cuánticos para CC a largas distancias (>300 km) sobre fibras ópticas. Otra de las líneas de investigación se enfocará en sistemas y nuevos protocolos con ventajas en su seguridad, distancia y funcionalidad, así como estudios de seguridad de los sistemas experimentales y su integración en redes. El objetivo final de las  Comunicaciones Cuánticas es crear correlaciones cuánticas entre dos puntos cualesquiera de la red. Esto puede ser usado para la distribución ultra-precisa de señales de tiempo, sensores cuánticos, computación cuántica distribuida, etc. Estas  son  las tecnologías de  procesado cuántico  habrá que desarrollar para obtener todos los beneficios de una futura internet cuántica, con dispositivos como los repetidores cuánticos. Todo ello, es  el objeto de otras líneas de investigación (tanto hardware como software). Finalmente, líneas de innovación  transversales se ocuparán de la formación de los científicos e ingenieros que harán avanzar el campo, con un especial énfasis en la capacidad de emprendimiento que,  junto con la creación del ecosistema industrial y la difusión y explotación de los resultados,  harán efectiva la traducción del conocimiento científico en beneficios para la sociedad.

La Infraestructura desplegada de Comunicaciones Cuánticas de Madrid, es actualmente uno de los nodos del proyecto OpenQKD que puede verse, desde la perspectiva del programa que iniciamos ahora desde el Plan Complementario de Comunicaciones Cuánticas, como el embrión de la Infraestructura Cuántica Europea, una infraestructura de comunicaciones cuánticas paneuropea que conecta toda Europa, que tendrá una parte terrestre basada en fibra óptica y un segmento espacial basado en satélite. Estas redes promoverán la interoperabilidad y la cooperación entre los países de la UE, colocando a Europa en una posición privilegiada en términos de investigación, innovación y seguridad.

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Gabinete de Comunicación Contacto: comunicacion@fi.upm.es