El "jamming" cuántico podría ayudar a desbloquear los misterios de la causalidad

La versión original de esa historia apareció en Quanta Magazine.

Durante las últimas décadas, los investigadores han entendido que los ordenadores cuánticos deberían ser capaces de romper los códigos ampliamente utilizados que aseguran gran parte del mundo digital. Para protegerse de este destino, han pasado años desarrollando nuevos códigos que parecen estar seguros de los futuros safecrackers armados con ordenadores cuánticos.

Al mismo tiempo, también han ideado formas ingeniosas de utilizar las reglas de la mecánica cuántica para mantener las comunicaciones seguras. Pero la mecánica cuántica, al igual que la mecánica "clásica" que la precedió, es sólo una teoría de la naturaleza. ¿Qué ocurre si finalmente es sustituido por una teoría más completa, tal y como la mecánica cuántica suplantó a la física newtoniana hace un siglo? ¿Estas técnicas de comunicación cuántica seguirán siendo seguras en un mundo donde existe un conjunto de reglas aún más fundamental?

"En términos de estos protocolos criptográficos, es bueno ser paranoico", dijo Ravishankar Ramanathan, un teórico de la información cuántica de la Universidad de Hong Kong que trabaja en criptografía cuántica. "Intentamos minimizar los supuestos detrás del protocolo. Supongamos que en alguna fecha futura la gente se da cuenta de que la mecánica cuántica no es la teoría definitiva de la naturaleza".

Es una posibilidad que vale la pena considerar. La dificultad de los problemas destacados, como la conciliación de la mecánica cuántica y la gravedad, sugiere que una teoría postcuántica de la naturaleza podría acarrear algo bastante inesperado.

Para protegerse de la posibilidad de que sus protocolos se basen en suposiciones erróneas, algunos criptógrafos cuánticos buscan principios aún más básicos para su construcción. En lugar de partir de la mecánica cuántica, profundizan hasta el mismo concepto de causalidad.

Un sabotaje sutil

Una forma de entender los desarrollos en esta área es considerar la distribución de claves cuánticas, que implica aprovechar las reglas de la mecánica cuántica para transmitir una clave, algo que se puede utilizar para decodificar un mensaje secreto, de forma que no se pueda manipular encubiertamente. La distribución de claves cuánticas hace uso del entramado cuántico, que cierra dos partículas juntas mediante una de sus propiedades, como el espin. El entramado cuántico contiene una suerte de cable de viaje. Si alguien intenta envolver el entramado, como lo haría si intentara robar la llave, la intrusión destruirá el entramado, revelando el sabotaje. Esto se debe a un principio fundamental de la mecánica cuántica llamado "monogamia del entramado".

Pero, ¿qué ocurre si este principio ya no se aplica? En ese caso, si las personas que pasaban el mensaje no tenían el control completo de sus dispositivos, un forastero podría cambiar sutilmente el entramado de las partículas, interrumpiendo la comunicación sin dejar rastro.

Este proceso se llama atascos cuánticos y los esfuerzos por entenderlo han aumentado en los últimos años.

Para muchos científicos, el bloqueo es atractivo porque puede ayudarles a entender mejor tanto la mecánica cuántica como la naturaleza de la causa y el efecto. Se preguntan: ¿hay principios profundos que prohíben las interferencias, que lo hacen imposible? O, si ningún principio lo prohíbe, ¿podría producirse atascos en el mundo real?

Jim el Jammer

A Michał Eckstein, un físico teórico de la Universidad Jageloniana de Cracovia, Polonia, le gusta ilustrar la interacción con una historia. Sus protagonistas son los clásicos personajes de explicaciones de mecánica cuántica, Alice y Bob.

"Suponemos que tienes a Alice y Bob, y se encuentran con un mago, Jim the Jammer", dijo Eckstein. "El mago dice: 'Tengo dos bolas; una es blanca y la otra es negra'".

Las bolas representan un par de partículas entrelazadas. Si dos partículas se entrelazan, tienen una propiedad que está enlazada de alguna manera: si mide la primera partícula y encuentra que su giro está al alza, por ejemplo, el espín de la otra partícula bajará inevitablemente, y viceversa. Esto es cierto aunque la otra partícula se encuentre a medio camino del universo. Aquí las bolas están enlazadas por lo que si una es blanca, la otra siempre será negra.