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IMDEA Networks y la red cuántica de Madrid

Entre 2006 y 2007, se crearon los Institutos IMDEA en la Comunidad de Madrid. En total, son ocho centros de investigación de excelencia radicados en la periferia de la capital, en ocho áreas estratégicas para la sociedad desde el punto de vista empresarial, científico y tecnológico: Agua, Alimentación, Energía, Materiales, Nanociencia, Networks, Software y, el más reciente, incorporado este año: IMDEA Patrimonio.

Entre los objetivos de estas iniciativas se encuentran la realización de investigaciones, el impulso de las actividades de I+D+i en estrecha colaboración con el sector productivo y la traslación de los avances realizados a la sociedad, a través de la colaboración interdisciplinar y la difusión del conocimiento científico.

El IMDEA Networks Institute engloba proyectos de redes y de transferencia de datos, trabajando con tecnología de vanguardia y en estrecha colaboración con el mundo académico y empresarial. En TM Broadcast hablamos con Ignacio Berberana, uno de los responsables del proyecto que se ocupa de la expansión de MadQCI, la nueva red de comunicaciones cuánticas de la Comunidad de Madrid y la mayor red cuántica de Europa. Durante esta entrevista, conoceremos cuáles son los objetivos y las ventajas de las redes de comunicación cuántica, cómo pueden impulsar el desarrollo de telecomunicaciones y cómo incrementan la seguridad en la transferencia de datos.

 

¿Cómo surge IMDEA Networks, con qué objetivo? ¿Qué entidades son sus impulsoras?

IMDEA es el acrónimo de Instituto Madrileño de Estudios Avanzados. Se trata de una serie de institutos IMDEA promovidos por la Comunidad de Madrid y dedicados a distintas áreas: Software, Nanocien-cia, Materiales, Alimentación, Ener-gía, Agua, Networks… En total, ahora mismo, son ocho, porque recientemente se ha añadido el IMDEA Patrimonio, que estará especializado en arqueología y paleontología.

Los institutos están estratégicamente distribuidos por la periferia, porque pretenden ser impulsores de la actividad en zonas que no tienen tanta tradición científica o técnica como Madrid capital. En el centro es donde se concentran las universidades y, normalmente, los institutos de investigación están asociados a una universidad. En el caso de IMDEA Networks, está asociado a la Universidad Carlos III.

Nuestro Instituto está muy cerca del campus Politécnico; nuestro director es Arturo Azcorra, catedrático de la Universidad Carlos III, y hay una gran relación con el mundo académico. Además, hay un acuerdo por el que los investigadores de IMDEA Networks pueden dirigir tesis doctorales de estudiantes de la Universidad Carlos III. La relación entre la universidad y la investigación es muy estrecha. Uno de los objetivos de la iniciativa es fomentar el desarrollo de nuevas empresas locales de tecnología cuántica.

 

¿Qué ventajas tienen las redes cuánticas y cómo pueden impulsar la informática en las telecomunicaciones?

Las redes cuánticas de comunicaciones utilizan principios físicos similares a los que se utilizan en la computación cuántica, pero los usan para la transmisión de información. En una primera fase, en la que estamos actualmente, esta transmisión cuántica de información se limita desarrollar procesos de securización de la información, es decir, procesos de cifrado para que la información no sea accesible para nadie más aparte del destinatario.

Se usa un mecanismo de transmisión cuántico para que sea muy difícil poder detectar la clave que se va a compartir entre los dos extremos de la línea de comunicación. De esta manera, aunque alguien tuviera acceso a la fibra óptica sobre la que se está realizando esa transmisión no sería capaz de leer la clave que se está intercambiando y, por tanto, las informaciones seguirán siendo seguras.

En términos de computación cuántica, sí que tiene un impacto sobre redes cuánticas, porque se parte de que la computación cuántica permitirá en un futuro aproximaciones de fuerza bruta que ahora no son viables, ya que requerirían una enorme inversión de tiempo en extraer las claves que se utilizan para cifrar la información. Este es un paso más allá que sería necesario adoptar en las redes de comunicación.

El problema que tiene la comunicación cuántica es que no es muy eficiente. El desarrollo actual de la tecnología hace que sustituir las comunicaciones tradicionales para la transmisión de grandes volúmenes de información no sea viable. El objetivo es hacer que lo sea.

Al final, si un ordenador cuántico cayera en las manos de quien no debería y se utiliza para descifrar información, el nivel de seguridad adicional que ofrecen las comunicaciones cuánticas puede justificar que, aunque se pierdan prestaciones, estas tengan aplicación. Ahora mismo, la transmisión cuántica de claves se está utilizando en áreas donde la seguridad es determinante: sector financiero, comunicaciones militares… Estos serán los ámbitos de aplicación donde las comunicaciones cuánticas serán especialmente útiles para la transmisión de grandes volúmenes de información, no solamente de claves.

 

 

 

¿Qué objetivos persigue el proyecto MADQuantum-CM y con qué plazos contáis?

La participación en el proyecto está limitada a las denominadas OPIs, Organismos Públicos de Inves-tigación. Así, entre los participantes hay universidades, centros de investigación como IMDEA Networking o el de Software, también están la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad Complutense… El proyecto cuenta con la financiación tanto del Ministerio de Innovación como de la Comunidad de Madrid, procedente en su mayor parte de los fondos de recuperación de los PERTE (Proyectos Estratégicos para la Recuperación y Transformación Económica).

Tienen un objetivo doble. Por un lado, crear una infraestructura de comunicaciones cuánticas que una a todos estos centros de investigación. En una fase posterior, se plantea conectarlos con otros actores involucrados en la investigación y desarrollo como, por ejemplo, el Ministerio de Defensa, o con estaciones receptoras de señales de localización, GPS o Galileo.

Para crear esta red cuántica partimos de lo ya creado, que es una de las redes de comunicaciones cuánticas más grandes de Europa; y nos encaminamos a mejorarla y ampliarla, además de crear nuevos enlaces… El MADQuantum CM proporcionará una expansión definitiva: ganará en capacidad y en alcance.

En paralelo, llevamos a cabo una serie de actividades de investigación relacionadas con las comunicaciones cuánticas. En el caso de IMDEA Networks, estamos explorando casos de uso en los que se puedan aplicar las comunicaciones cuánticas. Por ejemplo, para el soporte de comunicaciones móviles 5G, y en el próximo 6G, que ahora mismo se basan en procesos de cifrado convencionales, pero que en el futuro pueden necesitar este tipo de cifrado cuántico para soportar la transmisión de datos.

Así, por un lado nos enfocamos en la extensión de la infraestructura y por el otro, realizamos actividades de investigación.

 

¿Cómo puede la Red Cuántica cambiar el ecosistema social y científico, según tu punto de vista?

Por un lado, contribuye a la formación de investigadores que en un futuro próximo se trasladarán a la economía real, a empresas que quieran un desarrollar este tipo de productos. El laboratorio de la Escuela de Telecomunicaciones de la Universidad Politécnica está desarrollando tecnologías para implementar equipos cuánticos de comunicaciones que en un futuro se podrían transferir a empresas. En España ya hay algunas empresas que están fabricando este tipo de equipos.

Por lo tanto, la red cuántica puede contribuir a mejorar el tejido industrial y además, evidentemente, sí que tiene un impacto en la seguridad de las comunicaciones.

Los ciberataques suponen un enorme coste para las empresas, y los procesos de seguridad necesarios también suponen un gasto considerable. Las comunicaciones cuánticas son el futuro de la securización de las comunicaciones, al menos en enlaces de gran capacidad o en áreas críticas.

 

¿En qué consiste la criptografía cuántica, cuáles son sus fundamentos?

Consiste en generar claves capaces de ser transmitidas utilizando métodos cuánticos de transmisión de información, que las convierte prácticamente en indetectables si no tienes el dispositivo adecuado para captarlo. Hay una serie de dispositivos que se llaman Qkd (Quantum Key Devices) que son los que generan de las claves cuánticas y que las transmiten a su par y de alguna forma, solamente entre ellos se pueden entender.

Es el principio fundamental que permite que las comunicaciones sean más seguras. Luego, hay una serie de protocolos o estándares que facilitan la interconexión entre dispositivos de distintos fabricantes.

Por el nombre, criptografía cuántica, se podría entender que lo cuántico es la clave, y no es así. La clave es una clave convencional, que se está transmitiendo de una manera especial. El entrelazamiento cuántico es lo que hace posible transmitir la información sin que nadie pueda detectarla sin el dispositivo adecuado.

 

¿Qué más desarrollos o áreas de investigación están en marcha, en relación con la transmisión segura de la información?

Hay algunas áreas de investigación en la aplicación del cifrado cuántico a la tecnología blockchain. Se busca añadir a blockchain una capa adicional de seguridad, utilizando comunicaciones cuánticas para el intercambio de mensajes. Otro objetivo es hacer que estas comunicaciones sean más ágiles.

Crear una red compleja, que no solo consista en una línea que une dos puntos, sino que tenga múltiples enlaces, y algunos pueden ser redundantes, es una gestión muy complicada. Se está tratando de desarrollar mecanismos, conocidos como Software-Defined Networking, que sirven para, a través de un software, controlar cómo se realiza la configuración de los enlaces cuánticos, e incluso es posible hacerlo de forma automatizada, sin necesidad de intervención humana. Y eso es también un área en la que nosotros estamos trabajando.

En la Universidad Complutense se enfocan en el aspecto físico de las comunicaciones y en cómo funciona el entrelazado cuántico para la distribución de claves. Pero en IMDEA Network buscamos aplicaciones prácticas, e investigamos en cómo hacerlo más fácil de utilizar, para poder implementarlo en la red rápidamente, porque ahora mismo es una tecnología muy de nicho. Es decir, de momento no podemos usar esta tecnología fuera de los ámbitos especializados (seguridad financiera, defensa y áreas militares…), y de ahí que investiguemos.

En nuestro instituto nos interesa mucho encontrar aplicaciones prácticas para la securización de las comunicaciones móviles. Para ello, hay que construir por encima del proceso físico de transmisión de información y añadirle capas que le den flexibilidad, que permitan gestionar estas comunicaciones, estandarizarlas para que puedan aplicarse en otras áreas.

 

¿Cuáles serían los beneficios sociales de la instalación y uso de la red cuántica?

El proyecto QuantumCM es parte de un conjunto de proyectos que se están desarrollando en algunas comunidades autónomas como Cataluña, Valencia o el País Vasco.

El objetivo al final es establecer una red cuántica nacional. Primero, poniendo las bases en cada comunidad y, más tarde, interconectándolas todas. Uno de los objetivos del proyecto es cooperar con otras comunidades autónomas en el desarrollo.

Uno de los beneficios sociales podría ser la aplicación de las redes cuánticas en la Medicina. Una de las entidades colaboradoras del proyecto es la Fundación Vitas, que tienen distintos hospitales en Madrid y en otras comunidades autónomas. Para ellos es muy importante trasmitir los datos médicos de las personas con plena seguridad. A partir de ahí, ahora mismo estamos desarrollando un caso de uso.

 

Acabas de adelantarnos que uno de los objetivos es el despliegue de las redes a nivel nacional, ¿qué plazos manejáis? ¿Cuánto tardaríamos en tener implementada la red nacional?

Las bases para tener una red nacional, es decir, tener la tecnología mínima necesaria para poder tener un despliegue nacional de comunicaciones cuánticas, la tenemos. El problema es que los dispositivos son muy caros. El Qkd, este dispositivo que se coloca en cada extremo del enlace, puede valer diez veces más que un dispositivo convencional de seguridad.

Si la gente apuesta por esta tecnología, se irán abaratando los dispositivos y será más fácil. Así que es difícil de predecir, pero diría que en cinco o seis años deberíamos tener una red cuántica a escala nacional que enlace proyectos regionales.

Esto es posible por la inversión pública: el gran impulso lo está dando, de momento, el sector público. Así que, quizá, si conseguimos atraer inversiones del sector privado es posible que vayamos más rápido.

 

El instituto planea crear bancos de pruebas donde empresas, organizaciones puedan comprobar los usos y las aplicaciones de la tecnología 5G y aprovechar sus ventajas. ¿Están disponibles estos bancos de pruebas?

No, todavía no. Nosotros, en nuestro nodo de la red MADQCI sí que queremos montar como una especie de piloto, una especie de mini red de comunicaciones cuánticas sobre la que se pueda hacer experimentación de posibles casos de uso.

De momento, tenemos un enlace cuántico entre IMDEA Networks y la Universidad Carlos III, y esta, a su vez, está enlazada con la Universidad Politécnica. Contamos tan solo con tres emplazamientos para hacer experimentaciones. Por eso, nos proponemos hacer una red en miniatura real con fibra, de los kilómetros que sean necesarios, pero dentro de nuestro laboratorio, para que eso facilite llevar a cabo pruebas de aplicaciones o casos de uso en el laboratorio.

Es un proceso complejo, que requiere de permisos, de acuerdos… Pero puede incentivar la participación de la audiencia, y para nosotros es fundamental encontrarle aplicación a la tecnología.
Intentamos que la aplicación sea lo más sencilla posible, pero al final, han de ser los usuarios finales los que definan qué usos y aplicaciones tienen.

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