El equipo del académico Guo Guangcan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), integrado por investigadores como Han Zhengfu, Chen Wei, Yin Zhenqiang y Wang Shuang, en colaboración con otros socios, ha logrado una localización cuántica segura con seguridad demostrable, combinando los principios fundamentales de la mecánica cuántica con las restricciones espacio-temporales relativistas. Este avance permite la verificación fiable de la posición de un objetivo y ofrece una nueva vía tecnológica para garantizar la seguridad de la información de localización en los sistemas de información modernos. Los resultados de la investigación se publicaron en línea recientemente en la revista académica internacional Nature Physics.
La información de localización es uno de los elementos básicos que sustentan la actividad humana. La verificación fiable de la posición real de un objetivo permite que el sistema de localización no solo determine dónde se encuentra el objetivo, sino también juzgar si su posición es auténtica y fiable, otorgando así a la información de localización nuevas funciones como la autenticación de identidad y las credenciales de seguridad. Esto puede proporcionar garantías de seguridad para escenarios importantes como transacciones comerciales, rescate de emergencia y seguridad pública.
Sin embargo, en el marco de las tecnologías clásicas, un atacante puede falsificar su propia posición mediante la copia, el reenvío de información de verificación clásica y respuestas coordinadas. La información cuántica, por su parte, sigue principios de la física cuántica como la no clonación y, combinada con las restricciones espacio-temporales relativistas, permite realizar una verificación de posición con seguridad en el sentido de la teoría de la información. No obstante, este esquema impone requisitos extremadamente estrictos en cuanto a pérdidas de transmisión, tasa de error del sistema y latencia de respuesta, por lo que durante mucho tiempo no había podido verificarse experimentalmente.
Imagen: Universidad de Ciencia y Tecnología de China
El equipo de investigación desarrolló un protocolo teórico de localización cuántica segura orientado a condiciones experimentales reales y, sobre esta base, logró por primera vez una verificación experimental completa. El equipo diseñó en primer lugar un protocolo de seguridad basado en estados débilmente coherentes, lo que mejoró significativamente la tolerancia a pérdidas del sistema real. Para abordar el problema de los errores de bit en la preparación de estados cuánticos, el equipo diseñó además un esquema de preparación de estados cuánticos Sagnac basado en un divisor de anillo microensamblado, reduciendo la tasa de error de bit cuántico al 0,27 %.
Por otro lado, debido a las restricciones de la relación espacio-temporal relativista, la latencia de respuesta del sistema incide directamente en la precisión de la localización cuántica segura. Con este fin, el equipo desarrolló tecnologías clave como la codificación de intensidad multi-longitud de onda, la transmisión de baja latencia mediante fibra óptica de núcleo hueco y el procesamiento de funciones lógicas aleatorias de alta velocidad, comprimiendo la latencia global del sistema al orden de los cientos de nanosegundos y logrando una precisión de localización superior a 75 metros, equivalente a la escala espacial de un edificio individual. Los resultados experimentales verifican la viabilidad de la localización cuántica segura en condiciones reales y muestran su potencial de rendimiento para aplicaciones prácticas.
Los investigadores señalan que este logro amplía el papel de la información de localización en los sistemas modernos de seguridad de la información y abre una nueva dirección tecnológica para el desarrollo de nuevos mecanismos de seguridad y modos de procesamiento de información basados en la localización.