La distribución de claves cuánticas, o QKD, ha llamado mucho la atención en la industria espacial. Al hacer uso de la seguridad criptográfica basada en las leyes de la física, promete salvaguardar las comunicaciones contra futuras amenazas planteadas por la computación cuántica. Esto, un método de cifrado que es, en teoría, irrompible, es una perspectiva tentadora para los actores de la industria espacial, que continúa ampliando los límites de lo que es posible con la tecnología. Parece resolver el espinoso problema de garantizar la seguridad de las comunicaciones globales a través de grandes distancias. Pero mi consejo es que debemos moderar nuestro entusiasmo y ser realistas acerca de lo que QKD puede lograr, particularmente cuando lo comparamos con el campo más maduro de las comunicaciones láser clásicas. Ambas tecnologías tendrán cabida en el futuro, porque resuelven problemas diferentes.
El atractivo y los desafíos de la distribución de claves cuánticas
¿Qué hace que QKD sea tan atractivo? Su atractivo reside en su seguridad teórica. A diferencia de los métodos de cifrado clásicos, que dependen de la dificultad computacional, QKD utiliza las propiedades fundamentales de las partículas cuánticas para detectar intentos de escuchas ilegales. Cuando se usa correctamente, esto hace que QKD sea prácticamente inmune a ataques que podrían comprometer el cifrado clásico en la era de la computación cuántica.
El satélite Micius de China, lanzado en 2016, marcó un hito que demuestra la viabilidad del QKD a largas distancias. Desde entonces, gobiernos, instituciones de investigación y empresas privadas han mostrado un gran interés en desarrollar e implementar sistemas QKD espaciales. Este interés está bien fundamentado: la comunicación segura es crucial para la infraestructura moderna y protegerla contra amenazas futuras es muy necesario.
Sin embargo, la implementación práctica de QKD espacial es otra historia. Los sistemas actuales ofrecen tasas de generación de claves limitadas y, a menudo, requieren nodos confiables que podrían comprometer la seguridad. La infraestructura aún está en su infancia; sólo hay un puñado de satélites experimentales con las capacidades necesarias.
Opiniones divergentes de las agencias de seguridad nacional
Las agencias de seguridad nacionales de todo el mundo difieren en cómo ven el QKD. La Agencia de Seguridad Nacional de EE.UU. ha expresado escepticismo, citando preocupaciones sobre la complejidad del sistema y las limitaciones de rendimiento. Por el contrario, China ha invertido mucho en QKD espacial, considerándolo un activo estratégico. Las agencias europeas ahora están mostrando interés, pero algunos Estados miembros dudan más que otros.
A estas agencias les preocupa que la seguridad teórica de QKD no se traduzca en una seguridad práctica e infalible. Los posibles ataques de canal lateral, las debilidades de implementación, las complejidades involucradas en la gestión de claves cuánticas en entornos del mundo real: todos estos factores siguen bajo escrutinio. Hasta que se aborden estas preocupaciones, QKD puede seguir siendo una tecnología complementaria en lugar de una solución independiente para comunicaciones seguras.
Comunicaciones láser: de experimentales a operativas
Mientras continúa el desarrollo de QKD, la tecnología clásica de comunicaciones láser avanza rápidamente en el sector espacial. Ofrece velocidades de datos muy superiores a las que ofrecen los sistemas de radiofrecuencia tradicionales, mayor seguridad gracias a una divergencia de haz estrecha y un consumo de energía más eficiente. De esta manera, el láser se diferencia claramente del QKD y de cualquier otra tecnología. Es la única tecnología que combina estas propiedades.
Los recientes avances en los enlaces ópticos entre satélites han sido particularmente prometedores. En enero de 2024, SpaceX anunció la implementación exitosa de enlaces ópticos entre satélites en su constelación Starlink, un verdadero paso adelante en su búsqueda de una red satelital más interconectada y eficiente. Kepler Communications también ha logrado avances reales en esta área, demostrando enlaces ópticos entre satélites en su constelación. Y la Agencia de Desarrollo Espacial ha informado de comunicaciones ópticas exitosas entre sus satélites del Tramo 0, lo que demuestra que la tecnología está siendo adoptada cada vez más ampliamente entre diferentes actores espaciales.
En el ámbito de las comunicaciones satélite-tierra, los avances han sido igualmente impresionantes. En 2022 se produjo un gran avance con la misión TBIRD (TeraByte InfraRed Delivery) de la NASA y el MIT, que demostró velocidades de enlace descendente sin precedentes de hasta 200 gigabits por segundo desde un cubecat en órbita terrestre baja hasta una estación terrestre. Estableció un nuevo récord para las comunicaciones láser espacio-tierra.
Estos logros marcan un punto de inflexión en las comunicaciones espaciales. Es evidente que la tecnología de comunicación láser ha alcanzado la mayoría de edad, madurando desde demostraciones experimentales hasta sistemas operativos implementados tanto por agencias gubernamentales como por actores comerciales. El uso exitoso de enlaces ópticos para comunicaciones entre satélites y tierra-espacio presagia una nueva era en la transmisión de datos desde el espacio. Y esta mayoría de edad permitirá una amplia gama de nuevos casos de uso, desde una mejor observación de la Tierra y exploración espacial hasta revolucionarias redes de comunicación globales. A medida que estos sistemas evolucionen y sigan demostrando su confiabilidad y calidad de desempeño, las comunicaciones basadas en láser se convertirán en el nuevo estándar para las autopistas de datos espaciales. Transformará fundamentalmente nuestras capacidades en el espacio.
Un enfoque equilibrado de la innovación
Como empresa que desarrolla estaciones terrestres ópticas, en Cailabs reconocemos la necesidad de una comunicación segura. Si bien los sistemas láser clásicos están actualmente más maduros, QKD presenta posibilidades interesantes para futuras mejoras de seguridad. Sería imprudente ignorarlo. Y eso se debe a que, a medida que avanza la computación cuántica, crece la necesidad de un cifrado resistente a los cuánticos. Los ciberataques cada vez más sofisticados requieren una ciberseguridad cada vez más avanzada. Compárese esto con cómo las drogas que mejoran el rendimiento, cada vez más indetectables, exigen pruebas olímpicas cada vez más exhaustivas. La industria debería ver QKD de esta manera y verlo como una inversión a largo plazo, de la misma manera que la criptografía poscuántica.
A corto y medio plazo, las comunicaciones láser clásicas seguirán siendo la columna vertebral de la transmisión de datos desde el espacio, proporcionando conexiones fiables y de alta velocidad para una amplia gama de propósitos. Pero de cara al futuro, será crucial adoptar un enfoque equilibrado. Deberíamos seguir desarrollando e implementando sistemas de comunicación láser clásicos, pero también deberíamos invertir en investigación y desarrollo de QKD, estableciendo hitos claros y manteniendo expectativas realistas sobre cómo ambos se complementan entre sí.
Más específicamente, a corto plazo, deberíamos centrar la investigación de QKD en superar sus limitaciones de seguridad actuales y desarrollar casos de uso en la industria. Eso debería implicar comenzar el trabajo de estandarización en QKD espacial teniendo en cuenta su futura integración con las comunicaciones láser clásicas. En cinco a diez años, podríamos aspirar a establecer estándares internacionales para QKD espacial que garanticen la interoperabilidad con las comunicaciones láser clásicas. Dentro de estos estándares, deberíamos desarrollar sistemas híbridos QKD clásicos. Entonces deberíamos diseñar programas piloto para el despliegue de QKD espacial para infraestructuras críticas.
Si bien el futuro puede estar en sistemas híbridos que aprovechen las fortalezas de ambas tecnologías, es crucial reconocer las diferencias actuales en su madurez. Las comunicaciones láser clásicas están operativas y avanzan rápidamente; QKD sigue siendo en gran medida experimental con fines espaciales. A corto plazo, deberíamos centrarnos en mejorar las capacidades operativas de las comunicaciones láser mientras continuamos la investigación y el desarrollo en QKD. La integración prematura o la excesiva dependencia de soluciones híbridas podrían potencialmente obstaculizar el progreso en ambos campos.
Nos encontramos en un punto apasionante en la evolución de las comunicaciones espaciales. Al equilibrar el entusiasmo por las tecnologías cuánticas con el desarrollo pragmático de los sistemas clásicos, podemos trazar un rumbo hacia un futuro en el que las comunicaciones espaciales aprovechen las propiedades únicas de ambas y, por tanto, sean increíblemente rápidas e inexpugnables.
Pu Jian es director de productos y director ejecutivo adjunto de Cailabs. Pu tiene un doctorado en óptica cuántica de la École Normale Supérieure y la Université Pierre et Marie Curie en Francia.
Relacionado
