On the security and the performance of quantum key distribution

Resumo

Los sistemas cuánticos de distribución de claves (SCDC) permiten establecer claves criptográficas entre usuarios distantes a través de un canal abierto, posiblemente controlado por un adversario. Pese a que los SCDC constituyen la aplicación más desarrollada de la ciencia de la información cuántica, varios retos impiden aún su uso generalizado para la tarea de asegurar la privacidad de las comunicaciones. Por un lado, las prestaciones de los SCDC reales están significativamente restringidas: las distancias que pueden cubrir los sistemas basados en fibra óptica típicamente alcanzan varios cientos de kilómetros a lo sumo, y su tasa de generación de clave secreta también es bastante limitada. Por otro lado, pese a que a menudo se dice que la seguridad incondicional de los SCDC emana de las leyes de la Mecánica Cuántica, la verdad es que la Mecánica Cuántica por sí sola no basta. En efecto, hacen falta suposiciones adicionales sobre los dispositivos para establecer matemáticamente la seguridad de los SCDC. Desafortunadamente, estas especificaciones teóricas a menudo no se ven satisfechas por los dispositivos reales, abriendo así una serie de “loopholes” de seguridad que pueden ser explotados por un adversario para hackear los sistemas. La presente tesis selecciona y aborda varios problemas relacionados con las prestaciones de los SCDC, y especialmente con su seguridad práctica. La lista incluye un análisis de las correlaciones de intensidad entre pulsos (un problema que afecta a los SCDC basados en el método de los estados señuelo), una evaluación realista de las prestaciones de los SCDC “independientes de los dispositivos”, y una solución teórica para garantizar la seguridad de los SCDC en presencia de equipos corruptos, basada en el uso de dispositivos redundantes y “secret sharing”. Además, este último trabajo viene acompañado de un experimento que demuestra la viabilidad del protocolo teórico que se propone. En conjunto, el objetivo de la tesis es contribuir de forma relevante a reconciliar la teoría y la práctica de los SCDC, sin duda un reto primordial en el contexto de las comunicaciones cuánticas.