Método criptográfico para cifrar información usando los estados cuánticos de polarización de fotones individuales

Abstract

La teoría de información cuántica ha mejorado los sistemas de comunicación en todos los niveles, como en el almacenamiento, procesamiento, transmisión, seguridad, y capacidad de respuesta, pero es la criptografía cuántica la que tiene un crecimiento más rápido en cuanto a resultados de investigación. La criptografía cuántica es un modelo físicos para la generación y distribución de claves criptográficas, que aprovecha las propiedades de la mecánica cuántica como la superposición de estados, la polarización de fotones individuales, el entrelazamiento, la teleportación, y la codificación densa, propiedades que proporcionan ventajas computacionales para transmitir, procesar y codificar información a más alta velocidad y con mejor seguridad. Además se pueden desarrollar aplicaciones. Bajo este contexto, en este trabajo se describen los conceptos teóricos de la mecánica cuántica que permitieron simular un método criptográfico que utiliza la generación y distribución de claves cuánticas del protocolo BB84, como un sistema de intercambio de claves seguras entre un transmisor AliceyunreceptorBob.Estossistemasutilizanlaspropiedadeslaspropiedadesdelamecánicacuántica para distribuir la clave y no problemas matemáticos difíciles de resolver como los que utiliza la criptografía construida en una base de estados clásicos. Para este método criptográfico, la generación y distribución de la clave cuántica se desarrolla en dos escenarios, en el primero no se tendrá ninguna entidad que trate de interceptar la comunicación entre el transmisor y el receptor, en el segundo escenariosetendráunespíaEveenelcanalcuánticodecomunicaciónquetratarádeobtenerlaclave que se }está trasmitiendo entre Alice y Bob. La generación y distribución de la clave cuántica utilizando el protocolo BB84 con y sin espía, se mostrará en un ambiente de programación y simulación desarrollado con el lenguaje cuántico Qiskit implementado por IBM para sus computadoras cuánticas, este lenguaje se encuentra descrito en el desarrollo del método criptográfico y en el Apéndice A de este trabajo. Se explican paso a paso el funcionamiento del protocolo BB84 y como a partir de la tasa de error generada por el intruso en el canal de comunicación, el transmisor y el receptor detectan una intrusión en el sistema. Además en la simulación del modelo se muestra como al integrar claves cuánticas con cifradores como el de Vernam,