La necesidad de mantener las comunicaciones seguras es una de las clásicas preocupaciones de todos los organismos gubernamentales, especialmente en el ámbito militar. Desde las primeras máquinas criptográficas analógicas, pasando luego a la era digital y, en la actualidad, en la llamada época cuántica; los cifrados han ido evolucionando en paralelo a cómo lo ha hecho la tecnología. En España, el Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (CDTI) ha adjudicado a Sener el desarrollo de un demostrador de distribución cuántica de claves en forma de satélite en la órbita baja.

"La distribución cuántica de claves es un método de comunicación seguro basado en las propiedades inherentes de los fotones según la mecánica cuántica", ha explicado a EL ESPAÑOL - Omicrono Óscar Maroto, jefe de ciencia de Sener. Esta tecnología ya se encuentra ampliamente desplegada en tierra firme a través de redes de fibra óptica que conectan en la actualidad los nodos de comunicación más importantes y, especialmente, aquellos de origen militar o de infraestructuras críticas.

Sin embargo, tal y como apunta el experto, este esquema tiene una limitación en la distancia en la que es capaz de enviar ese tipo de claves. La distribución "sólo funciona a unos cientos de kilómetros". Al tratarse de un tema de seguridad en las comunicaciones con implicación de la soberanía nacional, el CDTI —organismo dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades— ha conseguido los suficientes fondos, incluidos los del PERTE Aeroespacial, como para llevar a cabo un desarrollo tecnológico de primer orden en Europa.

El lote uno, iniciado a finales del año pasado, estuvo financiado con 105 millones de euros con Thales Alenia Space España como única contratista, aunque esta parte de no ha tenido segunda fase. Por otro lado, el lote dos comenzó su primera fase con 2 millones de euros entre Telespazio y Sener. Finalmente, esta última compañía ha sido la única elegida para ejecutar la segunda fase de este segundo lote, con una dotación de 18 millones de euros.

El objetivo, explica Maroto, es "hacer que esas tecnologías ya maduras en tierra se trasladen al espacio con el fin de eliminar esa limitación en la distancia". Para ello, están desarrollando toda la tecnología y diseñando la constelación de satélites que, si termina por cristalizar, un día podrán orbitar la Tierra. Estas plataformas espaciales estarán capacitadas para dar servicio a ubicaciones que "puedan estar tan lejos como el diámetro mismo del planeta".

Comunicaciones blindadas

"Todos, en algún momento de nuestra vida, hemos tenido que realizar una transferencia bancaria o enviar información sensible que necesita de una cierta confidencialidad", explica Óscar Maroto. En ambos escenarios, que son sólo dos ejemplos, la información en cuestión solamente la tienen que conocer el emisor y el receptor, por lo que "no se envían sin protección por los canales de transmisión".

El motivo principal es porque esa misma vía de información puede "ser intervenida por un observador con intenciones maliciosas", por lo que desde hace más de un siglo que la información se encripta o cifra. Con este tipo de medios de protección se consigue que el mensaje sea ilegible y permanezca seguro incluso si alguien consigue interceptarlo.

En la era digital en la que todavía se mueven la práctica totalidad de esas comunicaciones se han desarrollado herramientas para desencriptar e intentar conocer el contenido de la información. No obstante, ha quedado demostrado su inutilidad e incapacidad real contra los métodos de cifrado más complejos y que se aplican en aplicaciones tan cotidianas como la mensajería instantánea o las citadas transacciones financieras.

Con la llegada de la computación cuántica, en la que ya trabajan compañías como IBM o Intel, estos métodos de cifrado que hasta ahora habían demostrado robustez absoluta corren peligro. La capacidad de cálculo que tendrán esos nuevos ordenadores todavía está por ver, aunque las investigaciones científicas apuntan ya a un incremento de centenares o miles de veces respecto a una máquina actual, incluidas las más potentes.

La principal diferencia, a nivel de funcionamiento más básico, es que "los ordenadores actuales funcionan con secuencias de unos y ceros, mientras que el procesador cuántico manejan todavía más variables", apunta. Gracias a esta amplitud de estado de los cúbits —algo así como el sustituto de los bits—, se consigue una "velocidad computacional muchísimo más elevada".

"Esto lo que va a implicar es que las comunicaciones seguras como las entendemos hoy por hoy van a dejar de serlo". En la actualidad, se conoce que muchas agencias de inteligencia, tanto públicas como privadas, acumulan enormes cantidades de información cifrada a la espera de que se consiga aplicar la computación cuántica para poder revelar su contenido y así conocer los secretos de otros países y compañías.

La solución a todo esto pasa igualmente por la cuántica. "Existen algoritmos suficientemente complejos como para que sólo se pueda descifrar la información conociendo una clave". Este tipo de distribución de claves es un "sistema que asegura que la clave que se envía solamente la van a conocer el emisor y el receptor". Y justo en lo que este grupo de compañías lideradas por Sener está trabajando en España.

Esta tecnología se basa en el funcionamiento de los sistemas cuánticos. Una de sus propiedades que aprovecha la tecnología es que se puede detectar si alguien ha observado la transmisión de la clave, porque se alteran lo suficiente como para detectarlo.

Constelación satelital cuántica

En cuanto al planteamiento espacial, Óscar Maroto apunta a una constelación de satélites —según las estimaciones se necesitan 15 para proporcionar cobertura plena— que van orbitando la Tierra y a la disposición de una serie de estaciones en la superficie.

Un satélite envía la clave en forma de fotones al emisor y al receptor para que ambos puedan entenderse en el inminente intercambio de información. Lo fundamental de esta tecnología es que los fotones —las partículas más básicas e indivisibles de la luz— se alteran si alguien consigue interceptarlos. "Comparamos la tasa de error de transmisión en una comunicación segura prestablecida y estudiada y, si se eleva durante la emisión de una nueva clave, sabemos que alguien nos ha espiado".

"Al ver la información emitida por los fotones, el observador va a modificar irremediablemente los estados cuánticos de la clave". El receptor va a detectar entonces que la tasa de error se ha incrementado por encima del margen estipulado "y que hay un observador no deseado", prosigue Maroto. El siguiente paso es interrumpir la comunicación de forma instantánea y esa clave de descifrado no se vuelve a utilizar.

Con estos nuevos algoritmos generadores de claves y la detección su observación durante su transmisión al emisor y receptor, se consigue que "las comunicaciones sean completamente seguras".

El programa de investigación se encuentra ahora trabajando en el desarrollo de la parte espacial, compuesta por una constelación junto con las cargas de pago apropiadas, y terrestre que permita la transmisión cuántica de claves. El objetivo es "llegar a un diseño final que esté preparado para ser fabricado" con inmediatez una vez presentado, algo que esperan finalizar a principios del 2026.

En cuanto a la fabricación de un modelo de vuelo, Maroto apunta a que "no hay tiempo ni dinero para ello". Lo que sí harán será una carga útil que será la que asuma el papel de distribución cuántica dentro de un hipotético satélite.

La participación institucional está representada por el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), como encargado del diseño del protocolo de seguridad de una fase crítica en el enlace del emisor y receptor, y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), quienes desarrollan la fuente de fotones junto a varios, con sede en Castelldefels. También participan dos pymes en forma de spin-off del ICFO que son Quside —encargado del generador de números aleatorios— y Luxquanta —en la implementación del protocolo de seguridad de IEEC—.

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) está diseñando la óptica adaptativa, un elemento clave para compensar la distorsión de los fotones a su paso por la atmósfera. Completan el plantel Hisdesat —en el ámbito de los casos de uso en defensa—, Hispasat —con un trabajo equivalente en la parte civil— y Deimos Aerospace —encargdo del diseño de la constelación—.

Aplicaciones militares y civiles

"Con la aparición del procesador cuántico, es posible que esta tecnología de distribución de claves acabe llegando a todas las aplicaciones del día a día", señala. Si bien es "muy complicado todavía" saber exactamente cuándo y de qué manera aterrizará, Maroto señala que "ya han estudiado casos de uso" durante la primera fase del programa.

Uno de los campos donde seguramente tenga mayor implementación es en el de la defensa. La comunicación cifrada en este caso es elemental para salvaguardar la seguridad nacional en ámbitos como la transmisión de información entre despliegues militares en el extranjero o las misiones de recopilación de información llevadas a cabo por los servicios de inteligencia.

En cuanto a los civiles, Maroto señala que se han centrado en las infraestructuras críticas. "Ahí es donde vemos que puede tener muchísimas aplicaciones". Por ejemplo, el sector financiero, el de la energía, agua, nuclear, espacio, administración pública, industria química... Los escenarios son prácticamente infinitos, "básicamente cualquier información que sea susceptible de ser robada y que pueda tener una intención maliciosa" se podrá aprovechar de la distribución cuántica de claves.

Otro de los campos de posible aplicación de esta tecnología es la constelación IRIS². Se trata de un program europeo que pretende crear una red de satélites para proporcionar cobertura de internet satelital, algo parecido al Starlink de SpaceX.

IRIS² es el primer programa de su tipo que está preparado para integrar cargas útiles de distribución cuántica de claves. "En mi opinión personal, ahí va a haber una competición muy importante por ver cuál es la empresa o el país que coloca su tecnología [cuántica] dentro de estos satélites".

Hace sólo unos días, la Comisión Europea adjudicó al consorcio espacial SpaceRISE (formado por Eutelsat, la española Hispasat y SES) el desarrollo de IRIS². Donde también participarán Thales Alenia Space, OHB, Airbus Defence and Space, Telespazio, Deutsche Telekom, Orange, Hisdesat y Thales SIX.

El contrato de concesión de 12 años consiste en una asociación público-privada para adquirir un sistema compuesto por más de 290 satélites en varias órbitas y el segmento terrestre asociado. Los plazos que maneja el programa apuntan a que será en 2030 cuando comience a proporcionar servicio a instancias gubernamentales y, al mismo tiempo, habilitar servicios comerciales.