Tecnología isleña para blindar las comunicaciones cuánticas

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) está diseñando y desarrollando, por encargo de Thales Alenia Space en España, la óptica adaptativa que formará parte de la estación terrena del proyecto Garbo, el primer sistema geoestacionario español de distribución de clave cuántica por satélite. Este avance supone un paso decisivo en el ámbito de las comunicaciones cuánticas seguras a gran escala y reforzará la posición de España y de Europa en la vanguardia de esta tecnología.

En el marco del proyecto, el IAC lidera el desarrollo de los sistemas de óptica adaptativa y participará en las pruebas de los prototipos que se llevarán a cabo entre la Optical Ground Station (OGS) del Observatorio del Teide (Tenerife) y el telescopio Jacobus Kapteyn Telescope (JKT), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma).

La distancia de 144 kilómetros entre ambos emplazamientos permitirá evaluar la robustez y el rendimiento del sistema de comunicaciones cuánticas en un trayecto que presenta una turbulencia atmosférica continua en el trayecto. Se trataría así de la segunda ocasión en la que se conecta Tenerife y La Palma a través de comunicaciones cuánticas, pues este experimento recuerda a los que se realizaron en 2012.

Fue Anton Zeilinger –premio Nobel de Física en 2022– quien, después de realizar varios experimentos exitosos en laboratorio se interesó por replicarlos en los observatorios de Canarias. Zeilinger ya había demostrado que si se separaban dos partículas cuánticas «entrelazadas» a poca distancia y se cambiaba el estado de una de ellas, la otra adoptaría esa misma propiedad pero de manera opuesta. Zeilinger tenía una obsesión. Quería reproducir las características de una partícula de luz en Tenerife a otra partícula situada en La Palma, sin que ambas se tocaran ni tuvieran ningún tipo de relación más allá de la cuántica. El experimento culminó en septiembre de 2012 con un éxito abrumador a pesar «de las perturbaciones de las condiciones atmosféricas».

El experimento resultó ser un auténtico hito para la ciencia moderna. Los 143 kilómetros de distancia que separaban ambos observatorios también batían el récord de la mayor distancia en la que se había conseguido replicar las características de dos partículas gemelas tan solo estimulando una de ellas. Canarias ostentó el récord mundial durante ocho años, hasta que en 2020 unos investigadores de China consiguieron replicar este mismo experimento desde una estación de satélite hacia la Tierra, a más de 1.000 kilómetros de distancia.

La óptica adaptativa es un componente clave para compensar las distorsiones provocadas por la turbulencia en la atmósfera. En este proyecto, su función primordial será mitigar esta turbulencia y hacer posibles las transmisiones de claves cuánticas a velocidades aceptables, un proceso esencial para la seguridad de las comunicaciones del futuro.

El IAC aportará su dilatada experiencia en instrumentación astronómica de vanguardia, así como en la implementación de sistemas de óptica adaptativa, siendo un ejemplo de ello la óptica adaptativa integrada en el Gran Telescopio de Canarias (GTC).

Garbo representa un hito tecnológico para Europa al ser la primera iniciativa de este tipo impulsada por España, y se enmarca dentro de la creciente demanda mundial de redes de comunicaciones cuánticas. Estas redes se basan en la distribución de claves criptográficas mediante el intercambio de fotones individuales, un método que aprovecha las leyes de la física cuántica para proporcionar un nivel de seguridad sin precedentes.

«La colaboración con Thales Alenia Space en España en el proyecto Garbo refleja la vocación del IAC de contribuir con su conocimiento y tecnología a áreas que van más allá de la astronomía, en este caso, mejorando la seguridad de las comunicaciones cuánticas», explica Luis Fernando Rodríguez Ramos, Investigador Principal de la línea Comunicaciones Ópticas en Espacio Libre del IAC. El investigador se mostró orgulloso por formar parte de un equipo multidisciplinar «que llevará a España a la primera línea de la distribución de clave cuántica desde el espacio», sentencia.

La ejecución de las pruebas y ensayos en los observatorios de Tenerife y La Palma consolidará el papel de la red de telescopios del IAC como referente internacional en el desarrollo de soluciones tecnológicas avanzadas, no solo para la observación del universo, sino también para aplicaciones con impacto directo en la sociedad como las comunicaciones ópticas en espacio libre.