Encriptación cuántica: Comunicaciones seguras a prueba de intrusos


(BBC Mundo).- Científicos de la Universidad de Viena presentaron en una conferencia científica un sistema de protección informático teóricamente “indestructible” gracias al uso de un método de encriptación cuántica.

La red conecta seis localizaciones entre Viena y la ciudad de San Poelten a través de 200 kilómetros de cables estándar de fibra óptica.

La criptografía cuántica es completamente diferente de los sistemas de seguridad que se emplean habitualmente en los ordenadores.

Estos sistemas, hasta el momento, están basados en complejos procedimientos matemáticos que son extremadamente difíciles de desentrañar para la gran mayoría, aunque no son “imposibles” de romper si se dispone de herramientas de cálculo o tiempo suficiente.

No obstante, los sistemas cuánticos están preparados intrínsecamente para no ser “corrompidos” (aunque en algunas simulaciones ha demostrado no ser infalible). Esta idea fue estudiada ya hace 25 años por Charles Bennett de IBM y Gilles Brassard de la Universidad de Montreal.

Perturbaciones detectables

La criptografía cuántica se basa en las propiedades físicas de las partículas más pequeñas, lo fotones, para crea y transmitir códigos binarios. La polarización de un fotón mientras viaja por el espacio puede ser usada como un cero o un uno.

La ventaja de este sistema es que cualquier intento de interceptar los fotones ha de interferir necesariamente en la polarización, por lo que sería detectable. Una clave interceptada podría ser así fácilmente desechada y ser sustituida por otra.

“Todos los sistemas de seguridad cuánticos están basados en la relación de indeterminación de Heisenberg, que señala que no se pueden medir dos cosas a la vez. Por esa misma razón, se puede establecer un canal de comunicación entre dos usuarios en donde es imposible espiar sin ser visto”, comentan los expertos en Viena.

Es decir, en un canal de comunicación basado en un sistema cuántico es imposible entrar y ‘pincharlo’ sin crear una perturbación, ya que esa escucha crearía una marca.

Este sistema, SECO-QC (Secure Communication based on Quantum Cryptography), está pensado para generar seguridad en el intercambio de claves, y no tanto para el intercambio de datos en sí.

periodistadigital.com

Por otro lado en adn.es publican lo siguiente .-

Presentan la primera red comercial con un sistema de cifrado cuántico “indestructible”

Gobiernos, agencias de seguridad y compañías financieras son usuarios potenciales de esta tecnología

Científicos de la Universidad de Viena presentaron hoy en una conferencia científica en Viena la primera red comercial equipada con un sofisticado sistema de cifrado cuántico.

La red conecta seis localizaciones entre Viena y la ciudad de San Poelten a través de 200 kilómetros de cables estándar de fibra óptica. Según un articulo de la BBC que recoge Europa Press, la criptografía cuántica es completamente diferente de los sistemas de seguridad que se emplean habitualmente en los ordenadores. “Estos están basados en procedimientos matemáticos complejos muy difíciles de romper”, indican.

Los sistemas de cifrado utilizan las leyes de la teoría cuántica, que han sido preparados intrínsecamente para no sea posible su ruptura. Esta idea fue estudiada ya hace 25 años por Charles Bennett de IBM y Gilles Brassard de la Universidad de Montreal.

Imposible de ‘pinchar’

“Todos los sistemas de seguridad cuánticos están basados en el principio de incertidumbre de Heisenberg, que señala que no se pueden medir dos cosas a la vez. Por esa misma razón, puede tener un canal de comunicación entre dos usuarios en donde es imposible espiar sin ser visto”. El espía alteraría la información con sólo mirarla, de acuerdo con esta teoría.

Los científicos explican que esta tecnología se transportará a través de unos débiles rayos de luz (fotones), despedidos millones de veces por segundo por entre los nodos de la red de Viena.

adn.es

En física, el término incertidumbre o indeterminacion es la consecuencia efectiva de la descripción dada por De Broglie para un electrón que circula en una órbita de Bohr.

En tal descripción resulta imposible especificar exactamente y en forma simultánea, la posición del electrón y el vector de su momento lineal. Esto se debe a que la simetría azimutal del patrón de ondas estacionarias indica que, para un tiempo dado, el electrón puede encontrarse en cualquier punto de la órbita.

Esta situación contrasta con la correspondiente de Bohr para el movimiento de un electrón atómico, donde es posible una especificación exacta, a un tiempo dado, de la posición y el momento lineal, de la misma manera que es posible en la descripción de Newton del movimiento de un planeta.

La indeterminación para un tiempo dado, en la posición y el momento lineal de una partícula es una característica general de la descripción de De Broglie para su movimiento en términos de la propagación de ondas piloto asociadas. En conclusión, no se sabe donde está ubicado un electrón.
Heisenberg había presentado su propio modelo de átomo renunciando a todo intento de describir el átomo como un compuesto de partículas y ondas. Pensó que estaba condenado al fracaso cualquier intento de establecer analogías entre la estructura atómica y la estructura del mundo. Prefirió describir los niveles de energía u órbitas de electrones en términos numéricos puros, sin la menor traza de esquemas. Como quiera que usó un artificio matemático denominado “matriz” para manipular sus números, el sistema se denominó “mecánica de matriz”.

Heisenberg recibió el premio Nobel de Física en 1932 por sus aportaciones a la mecánica ondulatoria de Schrödinger, pues esta última pareció tan útil como las abstracciones de Heisenberg, y siempre es difícil, incluso para un físico, desistir de representar gráficamente las propias ideas.

Una vez presentada la mecánica matriz (para dar otro salto atrás en el tiempo) Heisenberg pasó a considerar un segundo problema: cómo describir la posición de la partícula. ¿Cuál es el procedimiento indicado para determinar dónde está una partícula? La respuesta obvia es ésta: observarla. Pues bien, imaginemos un microscopio que pueda hacer visible un electrón. Si lo queremos ver debemos proyectar una luz o alguna especie de radiación apropiada sobre él. Pero un electrón es tan pequeño, que bastaría un solo fotón de luz para hacerle cambiar de posición apenas lo tocara. Y en el preciso instante de medir su posición, alteraríamos ésta.

Aquí nuestro artificio medidor es por lo menos tan grande como el objeto que medimos; y no existe ningún agente medidor más pequeño que el electrón. En consecuencia, nuestra medición debe surtir, sin duda, un efecto nada desdeñable, un efecto más bien decisivo en el objeto medido. Podríamos detener el electrón y determinar así su posición en un momento dado. Pero si lo hiciéramos, no sabríamos cuál es su movimiento ni su velocidad. Por otra parte, podríamos gobernar su velocidad, pero entonces no podríamos fijar su posición en un momento dado.

Heisenberg demostró que no nos será posible idear un método para localizar la posición de la partícula subatómica mientras no estemos dispuestos a aceptar la incertidumbre absoluta respecto a su posición exacta. Es un imposible calcular ambos datos con exactitud al mismo tiempo.

Siendo así, no podrá haber una ausencia completa de energía ni en el cero absoluto siquiera. Si la energía alcanzara el punto cero y las partículas quedaran totalmente inmóviles, sólo sería necesario determinar su posición, puesto que la velocidad equivaldría a cero. Por tanto, sería de esperar que subsistiera alguna “energía residual del punto cero”, incluso en el cero absoluto, para mantener las partículas en movimiento y también, por así decirlo, nuestra incertidumbre. Esa energía “punto cero” es lo que no se puede eliminar, lo que basta para mantener liquido el helio incluso en el cero absoluto.

En 1930, Einstein demostró que el principio de incertidumbre (donde se afirma la imposibilidad de reducir el error en la posición sin incrementar el error en el momento) implicaba también la imposibilidad de reducir el error en la medición de energía sin acrecentar la incertidumbre del tiempo durante el cual se toma la medida. Él creyó poder utilizar esta tesis como trampolín para refutar el principio de incertidumbre, pero Bohr procedió a demostrar que la refutación tentativa de Einstein era errónea.

A decir verdad, la versión de la incertidumbre, según Einstein, resultó ser muy útil, pues significó que en un proceso subatómico se podía violar durante breves lapsos la ley sobre conservación de energía siempre y cuando se hiciese volver todo al estado de conservación cuando concluyesen esos períodos: cuanto mayor sea la desviación de la conservación, tanto más breves serán los intervalos de tiempo tolerables. Yukawa aprovechó esta noción para elaborar su teoría de los piones. Incluso posibilitó la elucidación de ciertos fenómenos subatómicos presuponiendo que las partículas nacían de la nada como un reto a la energía de conservación, pero se extinguían antes del tiempo asignado a su detección, por lo cual eran sólo “partículas virtuales”. Hacia fines de la década 1940-1950, tres hombres elaboraron la teoría sobre esas partículas virtuales: fueron los físicos norteamericanos Julian Schwinger y Richard Phillips Feynman y el físico japonés Sin-itiro Tomonaga. Para recompensar ese trabajo, se les concedió a los tres el premio Nobel de Física en 1965.

A partir de 1976 se han producido especulaciones acerca de que el Universo comenzó con una pequeña pero muy masiva partícula virtual que se expandió con extrema rapidez y que aún sigue existiendo. Según este punto de vista, el Universo se formó de la Nada y podemos preguntarnos acerca de la posibilidad de que haya un número infinito de Universos que se formen (y llegado el momento acaben) en un volumen infinito de Nada.

El “principio de incertidumbre” afectó profundamente al pensamiento de los físicos y los filósofos. Ejerció una influencia directa sobre la cuestión filosófica de “casualidad” (es decir, la relación de causa y efecto). Pero sus implicaciones para la ciencia no son las que se suponen por lo común. Se lee a menudo que el principio de incertidumbre anula toda certeza acerca de la naturaleza y muestra que, al fin y al cabo, la ciencia no sabe ni sabrá nunca hacia dónde se dirige, que el conocimiento científico está a merced de los caprichos imprevisibles de un Universo donde el efecto no sigue necesariamente a la causa. Tanto si esta interpretación es válida desde el ángulo visual filosófico como si no, el principio de incertidumbre no ha conmovido la actitud del científico ante la investigación. Si, por ejemplo, no se puede predecir con certeza el comportamiento de las moléculas individuales en un gas, también es cierto que las moléculas suelen acatar ciertas leyes, y su conducta es previsible sobre una base estadística, tal como las compañías aseguradoras calculan con índices de mortalidad fiables, aunque sea imposible predecir cuándo morirá un individuo determinado.

Ciertamente, en muchas observaciones científicas, la incertidumbre es tan insignificante comparada con la escala correspondiente de medidas, que se la puede descartar para todos los propósitos prácticos. Uno puede determinar simultáneamente la posición y el movimiento de una estrella, o un planeta, o una bola de billar, e incluso un grano de arena con exactitud absolutamente satisfactoria.

Respecto a la incertidumbre entre las propias partículas subatómicas, cabe decir que no representa un obstáculo, sino una verdadera ayuda para los físicos. Se la ha empleado para esclarecer hechos sobre la radiactividad, sobre la absorción de partículas subatómicas por los núcleos, así como otros muchos acontecimientos subatómicos, con mucha más racionabilidad de lo que hubiera sido posible sin el principio de incertidumbre.

El principio de incertidumbre significa que el Universo es más complejo de lo que se suponía, pero no irracional.

En mecánica cuántica, la relación de indeterminación de Heisenberg afirma que no se puede determinar, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el momento lineal (cantidad de movimiento) de un objeto dado. En otras palabras, cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimiento lineal. Este principio fue enunciado por Werner Heisenberg en 1927.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

En la búsqueda de una estructura que fuera compatible con la mecánica cuántica Werner Heisenberg descubrió, cuando intentaba hallarla, el «principio de incertidumbre», principio que revelaba una característica distintiva de la mecánica cuántica que no existía en la mecánica newtoniana.

Según el principio de incertidumbre, ciertos pares de variables físicas, como la posición y el momento (masa por velocidad) de una partícula, no pueden calcularse simultáneamente con la precisión que se quiera. Así, si repetimos el cálculo de la posición y el momento de una partícula cuántica determinada (por ejemplo, un electrón), nos encontramos con que dichos cálculos fluctúan en torno a valores medíos. Estas fluctuaciones reflejan, pues, nuestra incertidumbre en la determinación de la posición y el momento. Según el principio de incertidumbre, el producto de esas incertidumbres en los cálculos no puede reducirse a cero. Si el electrón obedeciese las leyes de la mecánica newtoniana, las incertidumbres podrían reducirse a cero y la posición y el momento del electrón podrían determinarse con toda precisión. Pero la mecánica cuántica, a diferencia de la newtoniana, sólo nos permite conocer una distribución de la probabilidad de esos cálculos, es decir, es intrínsecamente estadística.

En síntesis, se puede describir que el principio de incertidumbre postula que en la mecánica cuántica es imposible conocer exactamente, en un instante dado, los valores de dos variables canónicas conjugadas (posición-impulso, energía-tiempo, …, etc.) de forma que una medición precisa de una de ellas implica una total indeterminación en el valor de la otra. Matemáticamente, se expresa para la posición y el impulso en la siguiente forma:

xy h/2

donde x, incertidumbre en la medida de la posición;p, incertidumbre en la medida del impulso; para la energía, E, y el tiempo, t, se tiene E t  h/2 ; en ambas relaciones el límite de precisión posible viene dado por la constante de Planck, h.

Una consecuencia ineludible del carácter dual de la materia es el principio de incertidumbre o de indeterminación propuesto por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927. Este principio se refiere a la exactitud con que podemos hacer mediciones.

Consideramos la pregunta: ¿no sería posible para un electrón y observarlo?. Vamos a suponer que disponemos de un aparato que puede ” ver ” a los electrones. Para ” ver ” un electrón necesitamos iluminarlo con ” luz “. No podemos usar luz ordinaria porque su longitud de ondas es muchisimas veces mayor que el electrón y este no es dispersaría o reflejaría. Tendremos entonces que usar ” luz ” de una longitud de ondas muy pequeñas, o lo que es lo mismo, fotones de energía muy alta que al ser dispersados por electrones nos proporcionan una imagen de él. Pero he aquí que al hacer incidir un fotón muy energético sobre el electrón estamos comunicados a este un momento lineal muy grande, que lo perturba demasiado y lo hace cambiar del estado en que se encontraba. Nos enfrentamos como la imposibilidad de observar al electrón sin perturbarlo. Podemos reducir la magnitud de la perturbación disminuyendo la energía de fotones, pero entonces la longitud de onda de esto se hace mayor y tendremos paquetes de ondas menos localizadas; esto disminuye la precisión con la que puede conocerse la posición del electrón. Recíprocamente, si queremos aumentar la precisión en la determinación de la posición del electrón, necesitamos más paquetes más <> (menores longitudes de ondas) lo cual implica fotones más energéticos y más perturbados para el electrón. Tenemos así que no podemos determinar simultáneamente la posición y la velocidad (o momento lineal) del electrón con precisión tan buena como queramos. Y no hay forma de vencer esta dificultad que la naturaleza nos presenta. Razonamientos como este llevaron a heisenberg a enunciar su famoso principio <<si es la incertidumbre en la posición de una partícula y es la incertidumbre o error en la determinación de su momento lineal, entonces necesariamente: (1)
Si (1) es decir, aumentar la precisión en el conocimiento de la posición aumenta la incertidumbre del momento o de la velocidad.

Explicación cualitativa de la relación de indeterminación

Podemos entender mejor este principio si pensamos en lo que sería la medida de la posición y velocidad de un electrón: para realizar la medida (para poder “ver” de algún modo el electrón) es necesario que un fotón de luz choque con el electrón, con lo cual está modificando su posición y velocidad; es decir, por el mismo hecho de realizar la medida, el experimentador modifica los datos de algún modo, introduciendo un error que es imposible de reducir a cero, por muy perfectos que sean nuestros instrumentos.

No obstante hay que recordar que el principio de indeterminación es una limitación sobre el tipo de experimentos realizables, no se refiere a la sensibilidad del instrumento de medida. No debe perderse de vista que la explicación “divulgativa” del párrafo anterior no se puede tomar como explicación del principio de indeterminación.

Consecuencias de la relación de indeterminación

Este principio supone un cambio básico en nuestra forma de estudiar la Naturaleza, ya que se pasa de un conocimiento teóricamente exacto (o al menos, que en teoría podría llegar a ser exacto con el tiempo) a un conocimiento basado sólo en probabilidades y en la imposibilidad teórica de superar nunca un cierto nivel de error.

El principio de indeterminación es un resultado teórico entre magnitudes conjugadas (posición – momento, energía-tiempo, etcétera). Un error muy común es decir que el principio de indeterminación impide conocer con infinita precisión la posición de una partícula o su cantidad de movimiento. Esto es falso. El principio de indeterminación nos dice que no podemos medir simultáneamente y con infinita precisión un par de magnitudes conjugadas.

Es decir, nada impide que midamos con precisión infinita la posición de una partícula, pero al hacerlo tenemos infinita indeterminación sobre su momento. Por ejemplo, podemos hacer un montaje como el del experimento de Young y justo a la salida de las rendijas colocamos una pantalla fosforescente de modo que al impactar la partícula se marca su posición con un puntito. Esto se puede hacer, pero hemos perdido toda la información relativa a la velocidad de dicha partícula.

Por otra parte, las partículas en física cuántica no siguen trayectorias bien definidas. No es posible conocer el valor de las magnitudes físicas que describen a la partícula antes de ser medidas. Por lo tanto es falso asignarle una trayectoria a una partícula. Todo lo más que podemos es decir que hay una determinada probabilidad de que la partícula se encuentre en una posición más o menos determinada.

Esto, en principio, parece indicar que no existiría el determinismo científico. Sin embargo, tal como puntualiza Stephen Hawking, la mecánica cuántica es determinista en sí misma, y es posible que el error consista en que tal vez no existan posiciones y velocidades de partículas, sino sólo ondas. Se trata simplemente de que intentamos ajustar las ondas a nuestras ideas preconcebidas de posiciones y velocidades. El mal emparejamiento sería, entonces, la causa de la aparente impredictibilidad.

Bibliografia http://www.monografias.com wikipedia.org mipagina.cantv.net

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  8. В нынешней ситуации большинство тем отходят на второй план. Интересно, как мы будем жить, если доллар рухнет?

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