El Premio Fundación BBVA de Ciencias Básicas recae sobre los «padres» de la criptografía cuántica

Los tres investigadores han sido reconocidos «por sus contribuciones sobresalientes a las áreas de computación y a la comunicación cuánticas », según señala el acta del jurado, que ha dado a conocer su decisión este martes 3 de marzo en Madrid.

Bennett y Brassard, físico químico e informático respectivamente, inventaron en los años ochenta la criptografía cuántica , que garantiza la inviolabilidad física de las comunicaciones. La importancia de su trabajo se hizo patente cuando diez años más tarde el matemático Peter Shor descubrió que un hipotético ordenador cuántico convertiría en inservibles los sistemas de criptografía convencional en los que se basan la seguridad y la privacidad de las comunicaciones actuales en internet. Es decir, cuando exista un auténtico ordenador cuántico, las comunicaciones solo estarán seguras gracias a la criptografía cuántica.

El jurado, presidido por el premio Nobel de Física  Theodor Hänsch  y cuyo secretario es el físico cuántico  Ignacio Cirac , ha destacado el gran impulso experimentado en los últimos años por las tecnologías cuánticas, que se asienta en gran medida sobre las aportaciones pioneras de los galardonados. Su trabajo –describe el acta– «abarca múltiples disciplinas y aúna conceptos de matemáticas, física y ciencias de la computación. Sus ideas están jugando un papel clave en el desarrollo de las tecnologías cuánticas para la comunicación y la computación».

Cuando Bennett, investigador en IBM Research desde hace más de cuatro décadas, y Brassard, actualmente catedrático en Ciencia de la Información Cuántica en la Universidad de Canadá, empezaron a colaborar, en 1979, ese escenario estaba muy lejos de ser siquiera imaginable. La física cuántica y la computación eran campos de trabajo distantes entre sí, y la investigación en la relación entre ambos se consideraba marginal. Para 1984, no obstante, Bennett y Brassard habían dado con un resultado muy llamativo: un sistema de criptografía que, según explica el acta del jurado,«permite codificar y transmitir mensajes usando las leyes de la física cuántica de manera que impide la escucha de terceros incluso si dispusieran de recursos computacionales cuánticos».

Para crear la criptografía cuántica, Bennett y Brassard aprovecharon uno de los extraños fenómenos que se dan en el mundo cuántico, la superposición, que –dicho de manera simplificada– hace posible que una partícula esté en dos o más lugares a la vez. La teoría cuántica prevé que si alguien observa la partícula esta duplicidad desaparece, y la partícula aparece en una posición o en la otra. Si esta partícula estuviera siendo transmitida, cualquier intento de hackeo rompería la superposición y los interlocutores lo sabrían al instante.

Bennett y Brassard presentaron esta invención en un trabajo hoy conocido simplemente como BB84, por las iniciales de sus autores y el año de publicación. Se reconoce hoy como la primera aplicación práctica de la ciencia de la información cuántica.

«La información cuántica es un tipo de información que se altera si alguien la observa, y no puede ser copiada. Gilles Brassard y yo nos dimos cuenta de que podía tener una utilidad práctica: un sistema para enviar mensajes, en el que el emisor y el receptor advertirían de inmediato si alguien hubiera escuchado el mensaje durante su transmisión», explicó ayer Bennett por teléfono tras conocer el fallo. «Eso es en esencia la criptografía cuántica».

Shor, catedrático de matemáticas aplicadas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), descubrió que precisamente el problema irresoluble en que se basa la criptografía clásica, la factorización de grandes números –es decir, su descomposición en números primos–, sí estaría al alcance de un hipotético ordenador cuántico. Como señala el acta, «Shor descubrió que los ordenadores cuánticos podrían factorizar números enteros mucho más rápido que cualquier súperordenador, comprometiendo por tanto la seguridad de los sistemas criptográficos».

Esta aportación lleva el nombre de su descubridor: el algoritmo de Shor, y es uno de los algoritmos cuánticos que constituyen el lenguaje, ahora en pleno desarrollo, en que hablarán los futuros ordenadores cuánticos. Poco después de crear su algoritmo, el investigador obtuvo otro resultado esencial: la corrección de errores cuánticos, «un requisito primordial que permite la escalabilidad de los ordenadores cuánticos», señala el acta.

Los ordenadores cuánticos, por su propia naturaleza física, están expuestos a una gran cantidad de ruido, fuente de numerosos errores. Antes del resultado de Shor no se creía tecnológicamente posible superar el desafío de aislar los ordenadores cuánticos lo bastante como para eliminar los errores. Shor insufló esperanza en el área y propulsó su avance.

«Todo el mundo pensaba que no se podían corregir errores en un ordenador cuántico porque, en cuanto intentas medir un sistema cuántico, lo alteras, y por lo tanto si intentas medir un error para corregirlo, modificas e interrumpes la computación. Pero mi algoritmo demostró que es posible aislar el error, de tal manera que puedes corregirlo sin alterar la computación», explica Shor.

Los galardonados de la edición anterior fueron los físicos estadounidenses Charles Kane y Eugene Mele por descubrir los aislantes topológicos, una nueva clase de materiales con propiedades electrónicas extraordinarias que abren nuevas posibilidades en la física de la materia condensada y la ciencia de materiales.

La categoría de Ciencias Básicas es la quinta que se ha dado a conocer de esta XII edición de los Premios , que concede anualmente la Fundación BBVA . El resto de categorías (con una dotación económica de 400.000 euros cada una de ellas) se darán a conocer a lo largo de este año: Economía, Finanzas y Gestión de Empresas (17 de marzo); Música y Ópera (31 de marzo); y Humanidades y Ciencias Sociales (15 de abril).

Los premios serán entregados en una gala que tendrá lugar en Bilbao el 2 de junio de este 2020.