Gran angular

Europa puja al tren de la quàntica

Diversos projectes de recerca intenten avançar en les noves tecnologies que transformaran els esquemes computacionals i de seguretat que funcionen avui

L’encriptació actual quedarà molt compromesa amb la nova tecnologia
Les tecnologies quàntiques avancen, però el seu estadi és encara embrionari
Diferents models per dotar les comunicacions de la màxima seguretat

La quàntica és una de les grans apostes de futur de la Unió Europea. En els darrers anys, s’hi estan dedicant milions d’euros en programes d’investigació (https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/quantum-technologies-flagship) per fer créixer aquesta ciència i trobar les seves possibles aplicacions, la majoria a hores d’ara inconcretes i fins i tot difícils d’imaginar.

Són molts el qui creuen que Europa ja dona gairebé per perdut el tren de la fabricació de xips convencionals, ara en mans dels EUA, la Xina i Taiwan, “però Àustria i Alemanya estan aixecant megafactories d’aquests xips, i França i Espanya també s’ho estan plantejant, amb l’objectiu de poder incrementar la fabricació del 9 al 20% del total global en un parell d’anys”: El cert, però, és que ja és molt complicat que liderin aquest àmbit”, explica Joan Tarradellas, professor d’EADA Business School. En aquest sentit, Lluís Torner, director de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), també creu que “és fonamental fer xips convencionals a Europa” perquè per als quàntics es parla “d’un altre termini”.

Davant d’aquesta posició industrial a priori feble, el que la UE no vol és perdre el negoci –i la geoestratègia política– de la quàntica. “La teoria està bastant entesa, però la pràctica és molt complicada”, comenta Sergi Abadal, investigador del Departament d’Arquitectura de Computadors de la UPC, distingit amb un ajut Starting Grant de l’European Research Council (ERC) per investigar noves maneres de construir processadors informàtics més ràpids i eficients, basant-se en les comunicacions sense fil i aplicant, entre altres tècniques, la informàtica quàntica.

A hores d’ara, el camp en què s’està abocant més investigació és en les comunicacions, “una àrea on també els xinesos ja se situen capdavanters i ja han fet les primeres proves, enviant informació des dels satèl·lits cap a la Terra”, diu Tarradellas. I dins de les comunicacions, preocupa la seguretat.

Criptografia trencada.

“La quàntica pot suposar la fi de la criptografia clàssica perquè teòricament un computador quàntic podrà trencar qualsevol clau informàtica actual”, alerta Abadal, afegint però que “també ofereix alternatives interessants, com ara la de poder entrellaçar cúbits (bits quàntics)” per protegir la informació, “perquè jo puc enviar un cúbit entrellaçat amb el meu, que tindrà sempre la mateixa informació”.

Les investigacions d’Abadal s’encaminen a dissenyar arquitectures de computadors radicalment noves, utilitzant tecnologia sense fil –en lloc de cablejar les plaques dels ordinadors– i incorporant cúbits als processadors, amb l’objectiu d’augmentar al menys deu vegades la velocitat, l’eficiència i l’escalabilitat dels sistemes informàtics actuals.

Seguretat.

Europa s’esmerça sobretot en el camp de la seguretat de les comunicacions. Després de gairebé dos anys, finalment els vint-i-set estats membres han donat suport a la Declaració EuroQCI (https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci)–l’últim va ser Irlanda, que la va rubricar l’estiu passat–. Presentada el 2019, aquesta declaració compromet els vint-i-set en la construcció d’una infraestructura de comunicació quàntica que abastarà tota la UE i que formarà part del sistema de connectivitat segura basat en l’espai, la New Space Economy. Els satèl·lits faran que la banda ampla d’alta velocitat estigui disponible arreu del territori europeu.

Aquest sistema de connectivitat espacial inclou al seu si l’EuroQCI, una infraestructura de comunicació quàntica que protegirà les comunicacions i dades sensibles de la UE i les infraestructures crítiques. El programa EuroQCI constarà d’un segment terrestre, on les xarxes de comunicacions de fibra connectaran llocs estratègics en l’àmbit nacional i transfronterer, i d’un segment espacial, basat en satèl·lits que enllaçaran xarxes de comunicacions quàntiques nacionals a tota la UE i el món. El 2027 ha d’estar funcionant.

“Ja s’està desplegant, tot i que de manera lenta, perquè requereix canvis en la infraestructura. A la internet quàntica, que correrà per sobre de la infraestructura actual, se li afegirà una capa de ciberseguretat quàntica, que la farà robusta davant d’atacs molt superiors als que es produeixen avui dia”, explica el director de l’ICFO.

D’allò que tothom està segur és que les actuals encriptacions seran molt fràgils davant la computació quàntica, hiperràpida a l’hora de descobrir-les. “Ara necessites molt temps per desxifrar les claus de seguretat que existeix en les comunicacions, però amb un ordinador quàntic això es podrà fer en minuts. Per tant, dotar de seguretat quàntica les comunicacions és vital. Hem de pensar fins i tot que avui dia es podria donar que algú s’estigués guardant informació encriptada robada, esperant que la quàntica la desxifri. Això s’ha d’evitar”, afirma Torner.

Actualment hi ha obertes dues vies d’investigació per dotar la internet d’aquesta capa de seguretat quàntica afegida. Una d’elles es basa en la matemàtica (algoritmes cada vegada més forts) i l’altra en la fotònica, que fa servir propietats dels fotons associades a la física quàntica per arribar a una comunicació hipersegura. “Molt possiblement, en el futur es treballarà amb una combinació de totes dues perquè la quàntica no la farem servir per a tot”, avança Torner.

Fotònica.

La fotònica està aportant resultats preliminars molt interessants pel que fa a la protecció de les comunicacions, sobretot perquè les característiques dels fotons són d’una fragilitat tan elevada que “si els toques, si algú vol interceptar aquella informació que estàs enviant fotó a fotó, deixarà rastre i immediatament allò que es volia comunicar canvia el seu sentit”, explica el director de l’ICFO.

La comunicació és només un dels quatre pilars de les tecnologies quàntiques. Els altres tres són la computació, la simulació i la sensòrica i metrologia. La computació quàntica mira d’aconseguir un ordinador amb xips que treballin amb cúbits, fotons o altres materials capaços de guardar, controlar i manipular la informació. “Fa molts anys que s’utilitza la tecnologia quàntica. Ara parlem d’aprofitar el deep quantic, que són fenòmens de la mecànica quàntica que ara ens semblen estranys, com la superposició o la no clonació, entre d’altres”, explica Xavier Jordán, investigador del Grup de Recerca de Comunicacions Espacials de la Fundació i2Cat. Indaguen com controlar i treure profit de la quàntica, aprofitant que la tecnologia digital actual ajuda al desenvolupament que ha experimentat.

Les QKD.

Res a veure amb la industrialització del xip quàntic, que “encara està molt lluny, i no és qüestió de posar-hi més diners, sinó d’investigar”: “Fins ara, només se n’han aconseguit de manera artesanal”, comenta Jordán, que afegeix: “Estic convençut que treballarem de manera híbrida, amb els dos xips, el quàntic i el convencional”. Comenta que hi ha empreses, com IBM, que ja estant utilitzant computació quàntica, “però per fer simulacions”.

Si a l’ICFO s’investiga sobre les comunicacions punt a punt a través de la llum, a la Fundació i2Cat aprofiten els recursos de l’ICFO per indagar com s’han d’escalar les connexions a través de la xarxa. I aquí entren en escena les QKD (Quantum Key Distribution), les claus criptogràfiques que han de permetre la seguretat en les comunicacions de l’era quàntica. “Et calen nous equipament, nous protocols, noves arquitectures i estacions que actuïn de repositoris en diversos trams del camí, on s’hauran d’anar a buscar les claus que, a diferència d’ara, ja no es generaran automàticament quan es vulgui iniciar una comunicació”, explica Jordán.

Per a les QKD “els satèl·lits poden ser els grans aliats”.

Investigació de pes a Catalunya

El BSC (Barcelona Supercomputing Center) està coordinant el projecte Quantum Spain, que preveu la construcció i instal·lació del primer computador quàntic basat en tecnologia europea. En el programa, que preveu disposar d’un primer xip de dos cúbits operatius a finals d’enguany i d’un mínim de vint a la seva finalització, el 2025, hi participen vint-i-cinc universitats, centres d’investigació i infraestructures de catorze autonomies. La investigació quàntica disposa, a més, de destacades empreses emergents sorgides de l’ICFO, com ara QuSide, que ofereix xips i mòduls d’aleatorietat quàntica, i LuxQuanta, que aporta sistemes de distribució de claus quàntiques variables contínues (CV-QKD) integrades als enllaços de fibra òptica existents i coexistint amb les tecnologies de telecomunicacions convencionals, dirigits a xarxes metropolitanes. També Qilimanjaro, spin-off de la UB, el BSC i l’IFAE, és pionera en el desenvolupament de computadores quàntiques i solucions algorítmiques escalables dirigides a accelerar i optimitzar els processos productius.



Identificar-me. Si ja sou usuari verificat, us heu d'identificar. Vull ser usuari verificat. Per escriure un comentari cal ser usuari verificat.
Nota: Per aportar comentaris al web és indispensable ser usuari verificat i acceptar les Normes de Participació.