La criptografía cuántica ya existe; los investigadores trabajan actualmente con puntos cuánticos, y el ordenador cuántico formará parte de nuestra vida cotidiana en algún momento. Resulta difícil imaginarse las nuevas tecnologías con nuestro sentido común, pues el grado de abstracción en el mundo de lo diminuto es demasiado grande. Y, sin embargo, se puede decir que el futuro ya empezó hace tiempo en el Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, de Garching, y en el Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos, de Stuttgart.
Afortunadamente, Tatjana Wilk no tiene que hacer uso de su pistola en ningún duelo. Si fuera el caso, tendría que transportarla sobre un camión, y necesitaría varios días para armarla: solamente el cargador necesita probablemente más espacio que el escritorio de la canciller alemana, y está equipado con dispositivos ópticos y electrónicos más altos que una persona. Pero es que, además, lo que esta peculiar arma dispara al final, cuando la física del Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Instituto Max Planck para Óptica Cuántica) de Garching, aprieta el gatillo, es uno de los proyectiles más pequeños que existen: a saber, un inofensivo fotón.
Por tanto, la pistola de fotones no sería de gran ayuda en un tiroteo; pero, en cambio, resulta muy útil para realizar cálculos o para transmitir información. De esto están convencidos al menos los físicos que desarrollan la tecnología de la información cuántica. No sólo se pueden imaginar que los fotones operarán en el futuro con bits y bites en un ordenador cuántico, una tarea realizada por electrones en un PC convencional. Entre sus campos de investigación se incluye también la criptografía cuántica. Esta tecnología somete la clave de un mensaje codificado a las leyes de la mecánica cuántica, mientras el código se transmite del emisor al receptor, de tal forma que nadie puede apoderarse de esa clave sin que ello se detecte (cuadro).
Esta tecnología podría aumentar la seguridad en el tráfico de datos, a través del cual los bancos desplazan diariamente importes de miles de millones. Los primeros equipos que trabajan con ella ya están a la venta. «La criptografía cuántica sólo funciona cuando cada uno de los bits de la clave se almacenan en un fotón», explica Tatjana Wilk. Esto significa, sobre todo, que cada impulso luminoso que transporta un bit no debe constar de más de un fotón.
PISTOLA DE FOTONES
Los primeros criptógrafos cuánticos comercializados generan los diferentes fotones estadísticamente. Debilitan los impulsos láser de tal manera que éstos contienen en promedio sólo la fracción de un fotón; es decir, que existe una gran probabilidad de que no contengan más de uno. Pero esto significa también que la mayoría de los impulsos están tan debilitados, que casi desaparecen y no contienen ya más luz. Por eso, la clave de un mensaje tarda mucho más en llegar hasta el receptor. Con la pistola de fotones construida por Tatjana Wilk y sus colegas, bajo la dirección de Gerhard Rempe, se prevé que este proceso gane en rapidez y en elegancia:
«Sabemos que cada disparo de nuestra pistola de fotones contiene exactamente un fotón. Y podemos dispararlo con precisión», dice Wilk. No obstante, para lograrlo, la física de Garching debe hacer más que simplemente sostener un filtro delante de un láser: primero, carga una nubecilla gaseosa muy fina de átomos de rubidio en una trampa magneto-óptica, en la que un campo magnético y empujadores suaves enfrían las partículas a pocas millonésimas de grado sobre el cero absoluto, mediante los fotones de un rayo láser.
Cuando desconecta la trampa, los átomos gotean a través de un resonador óptico, compuesto por dos espejos ubicados uno frente a otro. Los dos espejos, que tienen un diámetro similar al de una píldora y que están separados por una distancia aún menor, están colocados en el centro de una cámara de vacío, sobre una mesa con una superficie parecida a la de una cabina de ducha. Varias fibras de vidrio van desde una instalación el doble de grande hacia la cámara, que se asemeja a una campana de buceo. Por una de estas fibras de vidrio llega también el impulso láser que excita un átomo mientras éste cae por el resonador.
Así se carga la pistola y se dispara inmediatamente. «El color de la luz emitida viene determinado por la distancia entre los dos espejos», explica Tatjana Wilk. En el resonador sólo caben ondas completas de la luz. No se forman ondas luminosas demasiado grandes ni demasiado pequeñas. Así se limitan los colores en los que puede brillar el átomo.
PARTÍCULAS DE LUZ INDIVIDUALES DESTELLAN EN CICLOS PRECISOS
«Producir fotones individuales es algo completamente distinto a generar un fotón como media», dice Gerhard Rempe, en cuyo departamento experimenta Tatjana Wilk. Un fotón como media se crea a partir de un impulso clásico debilitado, en el que las diferentes partículas de luz se producen tan aleatoriamente como caen las gotas de lluvia. «Pero nosotros disparamos un impulso luminoso clásico sobre el átomo que se encuentra en el resonador, y el resultado es un impulso mecánico cuántico». Una característica de estos impulsos de un solo fotón es que no destellan aleatoriamente, sino en un ciclo preciso preestablecido por los físicos de Garching.
«Estamos estudiando ahora lo que se puede lograr con esos impulsos luminosos. En la actualidad, hacemos fotones de aproximadamente un kilómetro de longitud. Y en algún momento transmitiremos nuestros conocimientos a los ingenieros», afirma Rempe. Y algunos de sus colegas añaden a los átomos, en su trayectoria por el resonador, por ejemplo, fotones polarizados. De este modo, la onda luminosa gira hacia la derecha y hacia la izquierda, con una alternancia regular. «La oscilación de la onda es excepcionalmente adecuada para codificar bits con ella», comenta Wilk. Esto no sólo es indispensable para transmitir mensajes digitales; además, un ordenador cuántico podría almacenar y procesar su unidad de cálculo más pequeña mediante esta característica física.
CALCULAR EN EL CERO ABSOLUTO
La luz con polarización derecha podría representar el uno; y la luz con polarización izquierda, el cero. Girando la luz de esta manera, se tiene también la posibilidad de entrelazar los fotones de dos pistolas de fotones. Éste es, a su vez, un paso indispensable para la tecnología de la información cuántica. «Estamos trabajando en ello», comenta Tatjana Wilk. Para entrelazar dos partículas de luz procedentes de pistolas de fotones, Markus Hijlkema y Bernhard Weber están construyendo, a unos pocos laboratorios de distancia, un equivalente de la fuente fotónica de Wilks.
Sus investigaciones podrían facilitarles un control aún mejor de la pistola de partículas luminosas. Para ello tienen que atrapar átomos individuales en un resonador. A diferencia de lo que sucede en el aparato de Tatjana Wilks, en este caso un átomo no dispararía durante la caída libre, sino mientras flota atrapado entre los espejos. Este tipo de control sobre los átomos es una premisa indispensable para un ordenador cuántico: se trate de un ordenador que funcione con átomos, con moléculas o con iones (los físicos están impulsando actualmente las tres posibilidades), las partículas siempre tienen que estar frías, muy frías; como máximo, fracciones de un grado sobre el cero absoluto.
Esto significa que las partículas deben estar casi inmóviles, igual que los átomos fijos en un resonador por Hijlkema, Weber y sus colegas. Después de todo, han conseguido ya mantener fijos átomos de rubidio durante 17 segundos, lo que en la escala temporal atónica representa una pequeña eternidad. Los científicos experimentan con diferentes mecanismos para detener y controlar los átomos. Utilizan tres técnicas de enfriamiento diferentes sólo para dominar las partículas entre los espejos –en esa fase, los átomos han pasado ya por la trampa magneto-óptica empleada también por Tatjana Wilk.
Desde este refrigerador estándar para átomos, los físicos transportan sus objetos de estudio al resonador mediante una trampa dipolo. También en este caso emplean de nuevo el campo electromagnético de un láser. Este campo convierte la envoltura de electrones del átomo en un dipolo, que es atraído simultáneamente por el láser. Los físicos desplazan las partículas mediante su brazo de agarre electromagnético a lo largo de un trayecto de 14 milímetros, hasta introducirlas en el resonador.
Allí empieza la parte más interesante: la distancia entre los espejos del resonador está ajustada de manera que sólo luz de determinadas frecuencias pueda ir de un lado a otro. Además, en el centro de la cámara de espejos coinciden dos rayos láser. Uno de ellos sirve como trampa dipolo para fijar el átomo; el otro excita el átomo, de manera que éste pueda entregar un fotón en el resonador. La frecuencia del láser enfoque excitador es, sin embargo, un poco más pequeña que la que cabría en el resonador. Por eso, la luz emitida por el átomo necesita aún un poco más de energía.
Esa energía la toma del movimiento del átomo, que, como consecuencia, se ralentiza y se enfría. Los físicos denominan este efecto -que puede actuar tanto a lo largo del eje del resonador como también verticalmente respecto a él en dirección al rayo láser excitador-, enfriamiento Doppler. Finalmente, el átomo de rubidio pierde aún más energía durante el denominado enfriamiento de Sísifo. Esto se debe a que la partícula prefiere quedarse en el vientre de la onda estacionaria que se forma en el resonador. Allí su energía potencial es mínima. Como le habría ocurrido a Sísifo, que seguramente también habría preferido quedarse sentado al pie de su funesta montaña.
UN ORDENADOR DEL TAMAÑO DE UNA CIUDAD PEQUEÑA
Y de la misma manera que Sísifo tenía que empujar, una y otra vez, una roca hasta la cima de una montaña, un átomo caliente abandona una y otra vez su posición preferida. Al hacerlo, se encuentra con una montaña energética, y pierde energía cinética. Finalmente, traspasa esa energía a la energía de los fotones que entrega. De esa manera, el átomo se enfría al final; tanto, que su movimiento sólo queda determinado por la falta de precisión de la mecánica cuántica. En la criptografía cuántica, bastarían unos pocos átomos de ese tipo en el resonador para transmitir mensajes fiablemente; pero, para formar una red de miles de bits cuánticos en un ordenador cuántico, se requiere un poco más de miniaturización.
En la actualidad, la instalación para capturar un solo átomo en el resonador ocupa un laboratorio completo; un ordenador cuántico tendría el tamaño de una ciudad pequeña. «Todavía está por verse si algún día construiremos realmente un ordenador cuántico hecho de átomos en resonadores», dice Gerhard Rempe; “pero podemos realizar muchos experimentos básicos con átomos individuales». Por este motivo, los físicos persiguen también otros planteamientos para construir un superordenador de qubits.
Mucho menos espacio que decenas de miles de átomos en resonadores necesitan, por ejemplo, los átomos fijados por los físicos en rejillas ópticas, como huevos en una caja. Los átomos se ubican en este caso en pozos de potencial que se forman a partir de las ondas electromagnéticas de rayos láser superpuestos. En la rejilla, su temperatura y su velocidad son prácticamente tan bajas como en un resonador. Los físicos también tienen ya ideas sobre la forma en que las partículas podrían comunicarse entre sí en los puestos de las rejillas, un requisito necesario para solucionar tareas de cálculo.
CALCULAR CON LA LUZ
Los ordenadores cuánticos deben poder resolver muy rápidamente algunos problemas para los cuales los ordenadores convencionales necesitarían meses o hasta años; por ejemplo, descomponer grandes números en factores primarios, una operación de cálculo mediante la cual los bancos codifican las transacciones bancarias electrónicas. En el ordenador cuántico, los cálculos no serán realizados ya por transistores, sino por bits cuánticos o qubits: átomos, moléculas, fotones… o, en general, por partículas que se rigen por las leyes de la mecánica cuántica.
Los ordenadores cuánticos serán más rápidos, porque un grupo de esas partículas no se comporta como lo esperaríamos, de conformidad con nuestro concepto del mundo. Dos fotones, por ejemplo, se convierten en un sistema mecánico cuántico cuando están entrelazados. En ese caso, ya no son independientes uno del otro, y ambos pueden tener o bien una polarización derecha o bien una polarización izquierda. Esto significa que sus ondas luminosas giran a la izquierda o a la derecha. La dirección de giro la deciden en el momento en que alguien los observa, es decir, cuando alguien mide la dirección de su oscilación. Hasta ese momento ambas posibilidades están superpuestas.
«Esto solo es un problema para nuestro concepto occidental del mundo», dice Tobias Schätz, cuyo simulador cuántico trabajará con una cadena de iones entrelazados. «El Dalai Lama no tiene ningún problema en comprenderlo». Su concepto del mundo se basa en el principio del Yin y el Yang: nada es exclusivamente bueno ni malo.
En la física, este principio se denomina superposición, y, sin él, un ordenador cuántico es inconcebible. Para dos fotones entrelazados, esto significa que pueden codificar simultáneamente dos ceros y dos unos y, además, calcular en esos dos canales. Así, un sistema de mil qubits podría ejecutar mil cálculos paralelamente. Un cálculo de este tipo podría consistir en controlar con precisión los niveles de oscilación de los fotones mediante láser o filtros. Pero aún hay un problema: después del cálculo deben poder leerse los resultados de los procesos paralelos.
Lamentablemente, las partículas entrelazadas sí se someten en este caso al concepto occidental del mundo. En cuanto un físico mide la polarización de dos fotones entrelazados, éstos deben decidirse por la izquierda o por la derecha. Por tanto, en muchos casos se pierden los resultados de los otros canales de cálculo, pero no en todos: los físicos han elaborado preceptos de medición para obtener más de un resultado de los cálculos paralelos, de manera que los grandes números podrían descomponerse realmente en factores primarios individuales mucho más rápidamente.
Otro problema del ordenador cuántico también parece poder solucionarse: un estado mecánico cuántico es algo muy volátil. En muchos casos, dura sólo una fracción de segundo. Por tanto, el cálculo cuántico debe estar finalizado en un abrir y cerrar de ojos. Entre tanto, sin embargo, existen láser que generan impulsos miles o millones de veces más cortos que la duración de muchos estados interesantes para el ordenador cuántico. Puesto que son láser los que controlan pasos de un cálculo cuántico, podrían procesar teóricamente, en la actualidad, miles de operaciones de cálculo en un estado mecánico cuántico.
CREACIÓN DE LOS PEPS
Ignacio Cirac, director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, y sus colaboradores, han contribuido en gran medida a simplificar la descripción teórica de los estados cuánticos de varios qubits. Así, por ejemplo, han creado los PEPS. Este acrónimo significa projected entangled pair states. En vez de determinar el estado real de un grupo de partículas, los físicos crean un modelo de ese estado. Para ello, presuponen que cada partícula del sistema real está compuesta de varias partículas, de la misma manera que un neutrón está compuesto de varios quarks. Los quarks determinan juntos las características del neutrón.
En el caso de los PEPS, seleccionan pares entrelazados como módulos. Éstos pueden manejarse matemáticamente con más facilidad que las partículas reales. Este modelo no sólo podría contribuir a simplificar los cálculos cuánticos, sino también a facilitar a los expertos en física de cuerpos sólidos la solución de algunos de sus problemas: en esta disciplina se observan, por lo general, sistemas sumamente complejos, compuestos de innumerables partículas. Los modelos utilizados actualmente para describir estos sistemas fallan en muchos casos; por ejemplo, al intentar explicar el supraconductor de alta temperatura. Los PEPS podrían ser de gran ayuda.
MOLÉCULAS POLARES
Para las operaciones con bits en las rejillas, las moléculas polares serían más adecuadas que los átomos, pues pueden comunicarse mejor de un puesto de la rejilla a otro. Su composición atómica confiere a esas moléculas extremos positivos y negativos, a través de los cuales pueden interactuar. «Todavía no hemos avanzado tanto, pero hace poco logramos formar moléculas no polares a partir de dos átomos de rubidio en los puestos de las rejillas», comenta Niels Syassen, uno de los colaboradores en el experimento realizado en el departamento de Rempe.
Para ello, los científicos introdujeron un gas de rubidio altamente diluido y sumamente frío en la rejilla óptica, de tal manera que, como máximo dos átomos ocuparan un pozo de potencial. A continuación, juntaron un campo magnético a este arreglo. Mediante la modificación sumamente lenta de su intensidad, obligaron a los átomos a asociarse. Esto se debe a que, a partir de una determinada intensidad del campo magnético, es más favorable para los átomos unirse, en vez de continuar independientes. En cuanto los investigadores devolvieron el campo magnético a su intensidad original, los socios volvieron a separarse.
ÁTOMOS CON IDENTIDAD DIVIDIDA
Un ensamblaje como éste, con moléculas flotantes en una rejilla óptica, podría convertirse también en el núcleo de un simulador cuántico. Ignacio Cirac, que en su calidad de director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica trabaja en el tema del procesamiento de información mediante la óptica cuántica, ha presentado ya una propuesta sobre la manera en que las partículas aisladas en una rejilla podrían asumir simultáneamente varios estados. Los físicos hablan de un estado de superposición. Ésta es una premisa básica para el procesamiento cuántico de la información, pues sólo de esa forma se pueden realizar varias operaciones de cálculo en un solo paso (cuadro).
Para que los átomos se encuentren de esta manera mecánica cuántica, Ignacio Cirac quiere, primero, dividir su identidad. Y es que los físicos pueden manipular un átomo para que quede atrapado en una rejilla óptica cuyas ondas giran a la derecha, o en una cuyas ondas giran a la izquierda. La mecánica cuántica deja ambas posibilidades abiertas para el átomo, hasta que alguien mide frente a qué luz reacciona. Por tanto, hay dos átomos virtuales donde, según el concepto clásico, sólo existe uno.
Cada uno de los dos átomos virtuales puede maniobrarse incluso individualmente: con una rejilla óptica de luz dextrogiratoria, se puede desplazar sólo la parte virtual respectiva del átomo. La otra parte permanece donde estaba, a pesar de que ambas partes representan una partícula. Así, los físicos pueden empujar esa forma del átomo al puesto vecino de la rejilla. En ese puesto está la forma con el polo opuesto del vecino. Gracias a la interacción de las dos partículas virtuales, quedan entrelazadas –una de las posibilidades de llegar al estado de superposición.
Ahora se podrían realizar con ellos cálculos cuánticos, al menos en teoría. En la práctica, los físicos no han logrado aún excitar partículas individuales en la rejilla para depositar en ellas información o volver a leerla. Por lo general, utilizan láser para modificar y leer el estado de una partícula. Pero ningún láser es lo suficientemente fino como para seleccionar una partícula específica entre las muchas que se encuentran una muy cerca de la otra en una rejilla óptica.
IONES SIMULAN FENÓMENOS CUÁNTICOS
Y éste es precisamente el punto fuerte del planteamiento seguido por Tobías Schätz y por su equipo de trabajo. Él se ha propuesto capturar una cadena de iones de magnesio en un campo eléctrico alterno, para entrelazarlos y formar un simulador cuántico. Los iones deben ordenarse en la trampa con distancias de tres micrómetros entre uno y otro; es decir, suficiente espacio para excitarlos individualmente mediante un láser.
Schätz y sus colegas planean seguir en un puñado de iones las instrucciones para un experimento proveniente también del departamento de Ignacio Cirac. Su objetivo es, en primer lugar, un simulador cuántico, una versión simplificada del ordenador cuántico. Un simulador cuántico podría ayudar a los físicos en un futuro relativamente cercano a comprender, por ejemplo, el supraconductor de alta temperatura.
«Queremos simular un sistema mecánico cuántico desconocido mediante uno conocido», dice Tobías Schätz. En muchos aspectos, un simulador cuántico trabaja de forma similar a la de un ordenador cuántico. Sin embargo, no presenta algunos de los problemas especialmente complejos de este último; por ejemplo, la manera de diferenciar la información acumulada en un estado de superposición. Schätz y sus colaboradores desean descubrir primero en su experimento lo que ocurre en un sistema de iones en una transición magnética determinada: cada ión se comporta como un pequeño imán de barra. Los polos norte y sur de los imanes vecinos se repelen. Por tanto, siempre se ordenan de manera que el polo norte de un imán se encuentra junto al polo sur del siguiente; eso sí, siempre que no haya un campo magnético aún más fuerte que ordene a todos los imanes de barra paralelamente desde fuera, como en un trozo de hierro, a saber, polo norte junto a polo norte y polo sur junto a polo sur.
Schätz y sus colegas colocarán sobre los iones precisamente un campo magnético como éste, y luego lo retirarán poco a poco. «Queremos saber lo que ocurre cuando el campo magnético exterior se debilita tanto que la interacción de los iones vecinos determina el orden», dice Schätz. «Mediante este experimento, queremos simular una transición de fase a nivel mecánico cuántico». Una transición de fase ocurre en el agua cuando se evapora, pero también en un metal cuando cambia sus características magnéticas.
«Para obtener mediante el simulador cuántico conocimientos sobre sistemas cuánticos complejos que por principio no se pueden alcanzar con ordenadores convencionales, tenemos que aumentar la cantidad de iones a unos 400», añade Schätz. Para un ordenador cuántico, en cambio, serían necesarios casi cien mil. Probablemente, la mejor forma de organizar una cantidad semejante de bits cuánticos sea en un cuerpo sólido como puntos cuánticos. Éstos están compuestos de un par de miles de átomos cada uno. Un pequeño grupo de este tipo asume las características de un solo átomo artificial en el que se podría almacenar un bit.
Oliver Schmidt y sus colaboradores del Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos de Stuttgart han creado ya un patrón regular de varios millones de puntos cuánticos sobre una superficie. Al igual que en los átomos reales, también en los artificiales los electrones giran alrededor de una partícula positiva, denominada por los físicos de semiconductores «hueco». Y esos electrones giran con un espín que, dicho de forma simplificada, equivale a su impulso de giro y determina el comportamiento de una partícula en el campo magnético.
Los físicos representan el espín de forma ilustrativa como una flecha hacia abajo o hacia arriba. Resulta entonces casi inevitable denominar uno de los dos sentidos cero y el otro uno. Pero cero y uno podrían asignarse también al estado básico y a un estado excitado al que podría impulsarse un electrón mediante una descarga láser. Para aprovechar las ventajas del ordenador cuántico, los puntos cuánticos deben interactuar. Sólo entonces dan lugar al estado de superposición, que es el punto esencial de todos los cálculos cuánticos.
«Recientemente logramos, junto con los científicos de la Universidad de Stuttgart, acoplar por primera vez dos puntos cuánticos auto-organizados que se encuentran uno junto al otro sobre una superficie», nos cuenta Oliver Schmidt, director del grupo de trabajo en el instituto Max Planck de Stuttgart.
UNA PISTOLA DE FOTONES DEL CALIBRE QUE SE DESEE
Los investigadores han formado, entonces, una molécula artificial a partir de dos átomos artificiales. Para ello, han apilado mediante una nueva tecnología dos acumulaciones de indio arsénico sobre un soporte, a una distancia de casi ocho nanómetros entre ambas, de manera que los puntos cuánticos crecen muy cerca el uno del otro, como dos pilones, sobre el sustrato. «Entre los dos puntos cuánticos saltan ahora electrones de un lado al otro», dice Schmidt. Los puntos cuánticos asumen un estado común «comunicándose» entre sí. Pero los dos puntos cuánticos no sólo se comunican entre sí, sino también con el exterior.
Al hacerlo, se expresan en el idioma usual del mundo cuántico: con luz; «concretamente, en la forma especial de fotones individuales», dice Schmidt. Al igual que los pistoleros de fotones del instituto de Garching, también sus colegas de Stuttgart hacen que los puntos cuánticos disparen un fotón tras otro. Y esto funciona incluso a altas temperaturas, al menos según los parámetros de los físicos atómicos: los puntos cuánticos entregan ya fotones individuales a una temperatura de unos 200 grados bajo cero; es decir, muy distante aún del cero absoluto.
Esto significa que una fuente de protones individuales de este tipo se puede enfriar ya con el económico nitrógeno líquido. Cuando los investigadores aplican una tensión eléctrica a una molécula de los puntos cuánticos y la varían, influencian también la longitud de onda de la luz emitida: es como si modificaran el calibre de su pistola de fotones. Bajo este punto de vista, tal vez los físicos de los institutos Max Planck deberían prepararse para un duelo entre tiradores de fotones.
No se puede predecir quién saldría vencedor, y esto en dos sentidos: «Todavía no sabemos si los cálculos en un ordenador cuántico se realizarán finalmente con fotones, con moléculas o con puntos cuánticos», dice Ignacio Cirac. Él está trabajando, en todo caso, para que no haya límites teóricos para ninguno de los planteamientos.
PETER HERGERSBERG, ESPÍA SIN LLAVE
Los bancos son posibles clientes para los equipos que protegen información mediante la mecánica cuántica: cada día transfieren electrónicamente importes de varios miles de millones. Quien logra introducirse en este tráfico de datos, se hace rico. Afortunadamente, existen ya, en la actualidad, métodos sumamente fiables para codificar, por ejemplo, el intercambio de la información de una cuenta. El emisor hace ilegibles los datos sensibles mediante una clave numérica. El receptor necesita la misma clave para decodificar los datos. El código debe cambiarse con la mayor frecuencia posible. Pero el intercambio de la clave es precisamente el punto débil de la criptografía clásica, pues quien consigue la clave puede descifrar también toda la información.
En cambio, si el emisor y el receptor intercambian la clave según las prescripciones de la criptografía cuántica, cualquier espía se delata irremediablemente. Al igual que el ordenador cuántico, también este método aprovecha el hecho de que el mundo de las partículas más diminutas no se rige por el principio de «todo o nada». Hay diferentes procedimientos posibles: los primeros criptógrafos cuánticos se basan en que el cero y el uno, las unidades de información más pequeñas del tráfico de datos digital, se pueden traducir cada una de dos maneras diferentes como características de partículas luminosas. A saber, polarizadas horizontal y verticalmente en la base o polarizadas en la base más 45 grados y menos 45 grados.
Cualquiera que no sepa en cuál de las dos bases envía el emisor un bit, no puede interceptar la clave sin ser descubierto. El emisor y el receptor transmiten o miden en bases que seleccionan aleatoriamente. A continuación, comparan las bases y emplean sólo los bits que el receptor ha medido en la misma base en la que el emisor los ha enviado. Pero la clave también se puede proteger contra un acceso no autorizado mediante fotones entrelazados. Estos fotones se deciden simultáneamente por un valor de medición, aun cuando se encuentren a varios años luz de distancia, un fenómeno que Albert Einstein denominó efecto remoto fantasma y que, por tanto, rechazó.
Entre tanto, existen pruebas experimentales de la existencia de este fenómeno. Algunos físicos confiesan abiertamente que no lo entienden, pero que se acostumbran a él. Físicos daneses han logrado entrelazar incluso átomos con fotones, siguiendo un procedimiento de Ignacio Cirac. Y lo han hecho en una cantidad y a lo largo de una distancia inigualadas hasta ahora. No obstante, un entrelazamiento al cien por cien es casi irrealizable. Así, el emisor transmite los bits de la clave con una tasa de error determinada, preestablecida teóricamente. Cualquiera que intente interceptar los fotones aumenta ese error si pretende preparar un fotón y enviarlo al receptor previsto. El emisor y el receptor pueden comparar la tasa de error. Si ésta es mayor de lo esperado, han descubierto a un espía.
