Aplicación de electrónica embebida de bajo costo en el procesamiento de información cuántica

Abstract

La criptografía protege la información de un mensaje utilizando una clave. Esta tarea se realiza con técnicas que se basan en el poder computacional actual, para mantener segura la codificación y la distribución de la clave. Sin embargo, los avances en información cuántica permitirán el desarrollo de la computación cuántica, la cual tendrá un dramático poder de computación ante tareas especificas, haciendo vulnerable la utilización y la distribución de clave protegida con técnicas tradicionales. Por otro lado, la imposibilidad de medir ni clonar estados cuánticos, sin perturbar el sistema, impulsa el desarrollo del área de distribución cuántica de claves (QKD). En QKD es posible distribuir una clave entre dos puntos distantes, asegurando la absoluta privacidad de ésta a través de las propiedades de la mecánica cuántica. Los protocolos QKD pueden desarrollarse con la utilización de estados cuánticos codificados en fotones. Esto ha permitido implementar enlaces cuánticos a través de sistemas de fibras ópticas comerciales. Este tipo de enlace introduce ruido y perturbaciones a las propiedades cuánticas de los fotones, efectos que sumados al ruido electrónico en la generación y detección de estados, aumentan la tasa de error de bits cuánticos (QBER), disminuyendo visibilidad de los estados cuánticos. Este trabajo muestra la relación proporcional de la visibilidad de estados cuánticos y la resolución electrónica de detección. En base a esto, proponemos que es posible diseñar sistemas electrónicos avanzados en electrónica comercial de bajo costo, para sistemas cuánticos que requieren alta precisión en sincronismo y disminución controlada de ruidos y perturbaciones electrónicas, mejorando parámetros como la visibilidad de estados cuánticos sobre enlaces de larga distancia, los cuales pueden ser utilizados para criptografía utilizando protocolos QKD. En base a esto, logramos establecer enlaces con fotones entrelazados cuánticamente certificados en laboratorio y a 3;7km de fibra óptica instalada en terreno, uniendo instalaciones dentro de la Universidad de Concepción. Por otro lado, en base a sistemas embebidos habilitamos sistemas QKD de altas dimensiones con enlaces de fibra óptica multicore, y además implementamos un protocolo que permite la generación de números aleatorios privados, el que puede ser más seguro que los generadores convencionales, y por sus características es factible su aplicación en sistemas QKD actuales.