España es pionera en la investigación de las comunicaciones cuánticas, prueba de ello es el desarrollo por parte de físicos españoles de un sistema de comunicación cuántico capaz de emitir y blindar la seguridad de los mensajes en situaciones de emergencia.
Este hito forma parte del proyecto de colaboración internacional COMPHORT (Quantum Communications with bright solid-state single-Photon emitters at Room Temperature), que coordina Carlos Antón (en la foto), desde el Departamento de Física de Materiales de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y que está financiado por la Agencia Estatal de Investigación (AEI).
El objetivo de dicha iniciativa es utilizar la física cuántica para cifrar mensajes para sistemas de comunicación que requieren de un blindaje total y que sean transmitidos a través del aire tanto en el centro de grandes ciudades como en situaciones de emergencia, tales como en zonas afectadas por desastres naturales, o para mejorar la seguridad en las comunicaciones de vehículos autónomos, drones o aeronaves.
COMPHORT pretende crear un dispositivo para emitir fotones individuales de manera eficiente, siendo sencillo y fácil de usar y que funcione a temperatura ambiente. Esta posibilidad será un hito porque, como explica el coordinador del proyecto, “generalmente los dispositivos cuánticos deben enfriarse a temperaturas inferiores a las de las profundidades del espacio, lo que es complicado y caro”.
“Nuestra idea –prosigue Carlos Antón– es usar estos fotones individuales en protocolos de comunicación cuántica, en los que se puede cifrar un mensaje de forma segura, ya que un ‘fotón único’ no se puede dividir en dos fotones ni se puede copiar o clonar. Estos fotones únicos serán generados por un ‘emisor cuántico’ en un material especial (defectos en nitruro de boro hexagonal) que funciona perfectamente a temperatura ambiente”.
El plan del equipo internacional que coordina Antón consiste en insertar estos emisores cuánticos en una ‘trampa para la luz’: “una cavidad óptica. Se puede pensar en ella como en dos espejos paralelos, donde los fotones rebotan de un lado a otro, interactuando con el emisor cuántico, lo que hace que la generación de un solo fotón a partir del emisor sea mucho más eficiente y rápida. Este dispositivo cavidad-emisor constituye una fuente de fotón único super-brillante. Queremos que este dispositivo de fotón único sea fácil de usar, por eso planeamos excitar el emisor cuántico con pulsos eléctricos, en lugar de con láseres, ya que estos suelen ser frágiles, voluminosos y caros”.
Pruebas en el centro de Berlín
Asimismo, este equipo internacional de investigadores y empresas tecnologías quiere mostrar al mundo cómo puede funcionar su dispositivo en la vida real. Por eso van a probar el envío de mensajes seguros (codificados en la polarización de los fotones individuales emitidos) a través del aire en pleno centro de Berlín. “Nuestro objetivo es crear un sistema de comunicación sólido, fiable y eficaz para poder ser empleado en situaciones donde la comunicación requiere seguridad incondicional”, destaca Carlos Antón.
El coordinador defiende que “la implementación de la Distribución Cuántica de Claves (iniciales en inglés: QKD) en entornos reales es fundamental para avanzar en la seguridad de las comunicaciones. Este aspecto es crucial especialmente en situaciones donde la infraestructura tradicional no está disponible, como en zonas afectadas por desastres naturales, o en instalaciones temporales como hospitales de campaña. Además, esta tecnología tiene un potencial significativo en aplicaciones que requieren movilidad geográfica, tales como vehículos autónomos, aeronaves y drones. En un esfuerzo por demostrar la viabilidad de esta tecnología, el consorcio llevará a cabo un experimento de QKD en el corazón de Berlín utilizando un enlace de comunicación óptica en espacio libre que abarca distancias de hasta 750 metros para transmisión de fotones individuales entre dos nodos. COMPHORT no sólo pone a prueba la robustez de la QKD en condiciones urbanas, sino que también subraya su adaptabilidad en escenarios dinámicos y desafiantes”.
Este proyecto es un esfuerzo de equipo, en forma de colaboración internacional, con investigadores de España, Alemania, Turquía y Reino Unido y empresas de Alemania y Turquía. En concreto, colaboran las instituciones İzmir Institute of Technology, Carl von Ossietzky Univ. Oldenburg, Technische Universität Berlin, University of Bristol, y las empresas Nanoplus Advanced Photonics Gerbrunn GmbH y QLocked, además de la UAM.
El proyecto comenzó en julio de este año y se prolongará hasta junio de 2027.
La fuente de fotones individuales ultra-eficiente, operada a temperatura ambiente, estará lista a finales de 2025.
España, a través de la AEI, participa en la convocatoria de proyectos de investigación transnacionales sobre tecnologías cuánticas en el marco de la red europea ERANET QuantERA. La AEI financia a las entidades elegibles españolas que participan en las propuestas aprobadas en la convocatoria transnacional mediante la convocatoria de ‘Proyectos de Colaboración Internacional’ o equivalente.
