En marcha QDQ-GEO: el primer sistema geoestacionario de distribución de clave cuántica por satélite

Un paso adelante en materia de seguridad cuántica e innovación tecnológica para el sector aeroespacial. Thales Alenia Space, la joint venture constituida por Thales (67%) y Leonardo (33%), e Hispasat, el operador y proveedor de servicios por satélite de Redeia, han anunciado el arranque de la fase de desarrollo, construcción, verificación y validación del prototipo de QKD-GEO. Unas siglas referidas al primer sistema geoestacionario de distribución de clave cuántica español.

Con un presupuesto de 103,5 millones de euros, la misión QKD-GEO toma forma al abrigo de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones e Infraestructuras Digitales financiada con los fondos europeos del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia —PERTE Aeroespacial—; cuya contratación gestiona el Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (CDTI).

Un cambio de paradigma en las comunicaciones seguras

La aparición de los ordenadores cuánticos trae consigo una potencia computacional mucho mayor que la de los ordenadores tradicionales para determinados problemas, como la descomposición en factores primos en los que está basada la actual criptografía no simétrica. Esto supondrá un cambio de paradigma en las comunicaciones seguras, ya que se podrán descifrar las encriptaciones actuales en cuestión de segundos. Por ello, es fundamental el desarrollo de un sistema que permita enviar información con las garantías necesarias en los entornos de comunicaciones gubernamentales (civiles y militares), gestión de infraestructuras críticas y aplicaciones y servicios de interés económico, medioambiental o tecnológico, así como grandes corporaciones. Esta tecnología implica, además, un primer paso hacia una futura Internet cuántica, que supondrá un salto radical en las comunicaciones globales.

La distribución de claves cuánticas mediante un sistema de comunicaciones ópticas permite comprobar con certeza si estas han sido interceptadas, ya que su integridad se verifica de manera continua gracias a las propiedades cuánticas de los fotones. No obstante, las redes terrestres basadas en fibra óptica sólo pueden preservar dicha integridad en distancias inferiores a centenares de kilómetros, ya que a partir de esa cifra sufren inasumibles pérdidas de señal.

En cambio, el uso del satélite para el envío de claves cuánticas permite cubrir cualquier distancia, ya que la atenuación de la señal es menor en el espacio libre. En concreto —y a diferencia de otras órbitas—, las coberturas geoestacionarias, a 36.786 km de altura, permiten establecer estas comunicaciones entre continentes enteros con un solo satélite, de manera continua y sin necesidad de sistemas de seguimiento.

Un proyecto “disruptivo y pionero” a nivel mundial

Con una duración total de 24 meses, el proyecto QKD-GEO contempla el desarrollo de los diversos elementos que constituirán un futuro sistema de distribución de clave cuántica desde órbita geoestacionaria. Según se ha dado a conocer, la iniciativa abarca tanto el desarrollo de una carga útil cuántica para ser embarcada en un satélite geoestacionario, como el del segmento terreno asociado. Se trata, según fuentes institucionales y corporativas, de un proyecto “disruptivo y pionero a nivel mundial”, ya que hasta la fecha no existe en el mundo ningún sistema de distribución de clave cuántica desde órbita geoestacionaria.

Un gran paso al frente

En la actualidad, QKD-GEO ha superado la fase inicial de diseño de sistema, de cuatro meses de duración, en la que se ha establecido la arquitectura del sistema y se han definido los diversos elementos que lo componen. La carga útil geoestacionaria la conforman un telescopio de alta precisión con su mecanismo de apuntamiento y su electrónica integrada, un generador cuántico de números aleatorios, una fuente de fotones polarizados, una baliza láser y un procesador encargado de generar las claves e implementar el protocolo de comunicación. Por su parte, el segmento terreno consta de estaciones ópticas —equipadas con un telescopio para la recepción de los fotones enviados desde el espacio y recuperar las claves— y de un centro de operaciones, que organiza y controla todas las actividades del sistema, tanto del segmento espacial como de los usuarios.

El proyecto incluye así mismo la realización de pruebas de campo con un enlace atmosférico de 140 kilómetros entre las islas de La Palma y Tenerife, las cuales permitirán la validación funcional del segmento terreno y de la carga útil en unas condiciones de contorno totalmente representativas, como paso previo a su implementación en una misión operativa en órbita. 

Distribución de la carga de trabajo

Thales Alenia Space lidera un amplio consorcio industrial formado por empresas españolas y europeas, en el que participan varias entidades expertas en el campo de las comunicaciones cuánticas como el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidade de Vigo. Por su parte, Hispasat está a cargo del diseño de la misión geoestacionaria y de la definición del plan de negocio, y cuenta con el apoyo de compañías como Banco de Santander, BBVA, Telefónica y Cellnex para el análisis de casos de uso reales con el sector bancario y con operadores terrestres.

Aportación española al espacio seguro europeo

La Comisión Europea anunció en junio de 2019 su manifiesto a favor de la European Quantum Communications Infrastructure (EuroQCI), que desplegará en los próximos años los primeros nodos de comunicaciones cuánticas en diversos países de la Unión. Estos nodos, de alcance metropolitano, estarán conectados entre sí vía satélite para garantizar su resiliencia. Para ello, IRIS(Infraestructura para la Resiliencia, la Interconectividad y la Seguridad por Satélite), el sistema de comunicaciones seguras por satélite promovido por la Comisión —desarrollado por un consorcio en el que participa Hispasat y en cuyo estudio preliminar han participado Hispasat y Thales Alenia Space—, incluirá entre sus misiones estas conexiones satelitales de la EuroQCI. En este sentido cabe destacar que QKD-GEO permitirá a España configurar su principal contribución a estas iniciativas europeas.