GMV tindrà un paper decisiu a Caramuel, la primera missió geoestacionària de distribució quàntica de claus

GMV tindrà un paper rellevant en l’estudi de viabilitat de Caramuel, la primera missió satel·litària en òrbita geoestacionària a escala mundial orientada a la distribució de claus mitjançant comunicacions quàntiques, una de les tecnologies que definiran la transmissió d’informació de manera segura en el futur. L’estudi, finançat per l’Agència Espacial Europea (ESA) a través del programa ARTES 4 S (Advanced Research in Telecommunication Systems – Space for Safety & Security), té el suport d’un grup d’empreses i organismes espanyols de gran rellevància internacional liderats per HISPASAT i entre els quals es troba GMV com a expert en el futur segment terreny de Caramuel.

Els ordinadors quàntics aporten una potència computacional molt més elevada que l’obtinguda pels ordinadors convencionals i que resulta crucial de cara a la resolució de determinades qüestions, com la descomposició en factors primers en què està basada l’actual criptografia no simètrica. Aquest fet implicarà un canvi de paradigma en les comunicacions segures, ja que permetrà a atacants amb ordinadors quàntics desxifrar les encriptacions actuals en qüestió de segons. Per aquesta raó, resulta fonamental desenvolupar un sistema que permeti enviar informació amb les garanties de seguretat necessàries en els entorns de comunicacions governamentals (civils i militars), així com en gestió d’infraestructures crítiques i aplicacions i serveis d’interès econòmic, mediambiental o tecnològic, i també en grans corporacions.

Comunicacions més segures

Actualment, la distribució quàntica de claus mitjançant un sistema de comunicacions òptiques permet comprovar amb certesa si aquestes han estat interceptades, ja que la seva integritat es verifica de manera contínua gràcies a les propietats quàntiques dels fotons. No obstant això, les xarxes terrestres com la fibra òptica només poden preservar l’esmentada integritat en distàncies inferiors al centenar de quilòmetres, ja que a partir d’aquesta xifra pateixen més pèrdues de senyal.

L’ús del satèl·lit per a l’enviament de claus mitjançant comunicacions quàntiques, en canvi, permet cobrir més distàncies, ja que l’atenuació del senyal és menor en l’espai lliure. En concret —i a diferència d’altres òrbites—, les cobertures geoestacionàries, a 35.786 km d’altura, permeten establir aquestes comunicacions entre continents sencers amb un sol satèl·lit, de manera contínua i sense necessitat d’establir seguiment del senyal.

El sistema Caramuel inclou una càrrega útil quàntica embarcada en un satèl·lit geoestacionari, així com el seu segment terreny associat, on GMV lidera paquets de treball claus dins de la fase inicial de l’estudi de viabilitat. Mentre la càrrega útil està formada per un telescopi d’alta precisió, una font de fotons capaç de fer enviaments a terra fotó a fotó a fi de preservar les seves propietats quàntiques i tota l’electrònica associada, el segment terreny es compon de centre de control i de les estacions òptiques d’usuari. La funció principal del centre de control és supervisar i controlar el sistema Caramuel en el seu conjunt, tant el sistema embarcat com la xarxa d’estacions terrestres. Les esmentades estacions terrestres es componen, d’una banda, d’una part òptica amb telescopis d’obertures entre 80 centímetres i 1,80 metres i receptors criogenitzats per poder detectar els fotons de manera individual i, per una altra, de la part responsable de la destil·lació de les claus, emmagatzemament i gestió de les claus de manera segura i connexió amb la xarxa quàntica terrestre. 

Els usuaris més crítics de Caramuel disposaran dels seus propis telescopis per no dependre de xarxes terrestres intermèdies i tenir així el més alt grau de seguretat. En canvi, els usuaris comercials que no necessitin tenir el seu propi telescopi podran integrar-se a la xarxa quàntica terrestre per un cost menor fins a arribar a un node intermedi amb telescopi (propietat d’un proveïdor del servei), que els connectarà via satèl·lit a altres nodes del mateix proveïdor o d’altres per aconseguir d’aquesta manera una xarxa global.

Així, Caramuel s’integra amb infraestructures terrestres per proporcionar un servei criptogràfic de distribució quàntica de claus que resulti fluid i transparent per a l’usuari final. Com a prova de concepte d’aquesta missió, s’establirà una connexió via satèl·lit de distribució quàntica de claus entre dos nodes que, al seu torn, estiguin connectats per infraestructura terrestre amb els centres emissors i receptors del senyal, és a dir, amb els usuaris que vulguin compartir la clau per poder xifrar els seus missatges de manera segura.

En l’estudi de viabilitat de Caramuel, liderat per HISPASAT, hi participen juntament amb GMV, empreses com ara Alter, Banco Santander, BBVA, Cellnex, Das Photonics, Indra, Oesia, Quside, Sener, Telefónica i Thales Alenia Space España; i institucions i universitats com ara el Centro Criptológico Nacional (CCN), el Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), l’Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), l’Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) i la Universidade de Vigo.

Caramuel, principal aportació a l’espai segur europeu

La Comissió Europea (CE) va anunciar al juny de 2019 el seu manifest a favor de l’European Quantum Communications Infrastructure (EuroQCI), que desplegarà en els propers anys els primers nodes de comunicacions quàntiques en diversos països de la UE. Aquests nodes, d’abast metropolità, estaran connectats entre si via satèl·lit per garantir-ne la resiliència. Per a això, el sistema de comunicacions segures per satèl·lit promogut per la CE inclourà entre les seves missions aquestes connexions satel·litàries de l’EuroQCI. Caramuel permetrà a Espanya configurar la seva principal contribució a aquestes iniciatives europees.

Els estudis de viabilitat de Caramuel, que van començar de manera formal al maig després d’unes anàlisis prèvies preliminars, finalitzaran previsiblement a l’octubre d’enguany. En aquests moments s’està treballant en la definició preliminar del sistema de distribució quàntica de claus i, en concret, en la seva arquitectura extrem a extrem, l’objectiu prioritari del qual és la seva integració amb la xarxa quàntica terrestre, així com l’anàlisi de casos d’ús reals amb el sector bancari i amb operadors terrestres. El projecte Caramuel té per objectiu prioritari adaptar-se als estàndards existents sobre comunicacions quàntiques com són International Telecommunications Union -ITU o European Telecommunications Standards Institute -ETSI.