Universidad
Politécnica de Madrid

22.03.2021

MadQCI (Madrid Quantum Communication Infraestructure) son las siglas de la nueva red de comunicación cuántica de Madrid, una infraestructura que integra las comunicaciones cuánticas en redes ópticas convencionales. MadQCI es uno de los bancos de pruebas de estas características más importantes de toda Europa y está coordinado por el Centro de Simulación Computacional (CCS) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), a través del Grupo de Investigación en Información y Computación Cuántica (GIIC) de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos, en colaboración con Telefónica y el Instituto IMDEA Software (REDIMadrid). La red es parte de la iniciativa europea OPENQKD, y ya tiene operativa la primera fase de su despliegue. En ella se están desarrollando tecnologías de seguridad denominadas quantum-safe, que son seguras incluso frente a los ataques de los ordenadores cuánticos. La red se usará también para industrializar las tecnologías desarrolladas en proyectos tales como CiViQ, perteneciente al programa europeo Quantum Flagship. Este programa a 10 años es la apuesta europea por liderar la nueva generación de tecnologías cuánticas.

“Las tecnologías cuánticas empiezan a estar lo suficientemente maduras como para que algunas de ellas den el salto al mercado. La Distribución Cuántica de Claves es una de las más avanzadas”, opina Vicente Martín Ayuso, investigador responsable del GIICC y Director del Centro de Simulación Computacional de la UPM. Se refiere a la tecnología cuántica QKD, por sus siglas en inglés Quantum Key Distribution, una forma de cifrado que permite la transmisión de datos con un nivel muy alto de seguridad basándose en los principios fundamentales de la mecánica cuántica y que soluciona el problema de la vulnerabilidad frente a cualquier tipo de ordenador, incluidos los cuánticos, de la seguridad en las comunicaciones que utilizan sistemas de encriptación convencionales. La integración de QKD en entornos de redes ópticas comerciales es compleja, ya que implica que la misma infraestructura debe transmitir y diferenciar entre señales transportadas por un solo fotón ꟷel canal cuánticoꟷ y las típicas en transmisiones comerciales, que usan miles de millones de fotones por pulso. Cualquiera de estos fotones que pase al canal cuántico, invalida éste. Compatibilizar canales cuánticos y clásicos exige el uso de tecnologías a todos los niveles, desde filtros físicos al uso de nuevos protocolos de comunicaciones cuánticas y de red.  

Esta no es la primera red cuántica que la UPM ha realizado en Madrid. Los primeros prototipos fueron realizados en instalaciones de pruebas hace ya más de 10 años en colaboración con Telefónica. En 2018 se dio el salto en una experiencia pionera a nivel mundial, demostrando la aplicación de criptografía cuántica en redes ópticas comerciales y su integración con la operación de la red. “La capacidad de usar tecnologías como SDN, diseñadas para incrementar la flexibilidad de la red, junto con nuevas tecnologías de QKD es lo que nos permite hacer converger las redes clásicas y cuánticas en la infraestructura de fibra óptica existente. Tenemos, por primera vez, la capacidad de desplegar comunicaciones cuánticas de una manera incremental, sin grandes costes de inversión inicial y usando la misma infraestructura”, señala Vicente Martín.

El grupo GIIC de la UPM lidera las actividades de QKD en redes ópticas tanto dentro del proyecto OPENQKD, como del proyecto CiViQ, que son los primeros en los programas Quantum Flagship y European Quantum Communications Infrastructure. Estas son las iniciativas en las que Europa basa su liderazgo en ciencia y tecnología en el sector de las tecnologías cuánticas y con las que quiere fomentar una fuerte cooperación entre la investigación, la industria y el sector público para crear un ecosistema innovador que abra una nueva perspectiva para una Europa digital segura, y construir así las bases para la próxima generación de las tecnologías de comunicación. La red MadQCI se ha desarrollado como parte del proyecto OPENQKD ꟷaunque tiene sus raíces en proyectos financiados por la Comunidad de Madrid, como los proyectos QUITEMAD (Quantum Information Technologies Madrid)ꟷ, en ella participan Telefónica e IMDEA SW (REDIMadrid) y está coordinada por la UPM. En este momento hay 16 dispositivos de comunicaciones cuánticas, de los cuales 10 ya han sido desplegados y otros seis están en pruebas de laboratorio. A estos se añadirán otros 6 antes del verano, con lo que se espera finalizar el primer despliegue en Madrid.  

Sobre el Grupo de Investigación en Información y Computación Cuántica UPM (GIIC-UPM)

El GIIC de la Universidad Politécnica de Madrid tiene una larga y exitosa trayectoria en el campo de la comunicación y la computación cuántica. En el año 2006, miembros de este grupo montaron la primera conexión QKD en España y a partir de ahí, gracias a la financiación conseguida con proyectos de investigación tanto regionales, entre los que destacan los proyectos QUITEMAD, Quantum Information Technologies Madrid,  de la Comunidad de Madrid, como nacionales y europeos, establecieron una larga colaboración de más de 10 años con Telefónica, con la que diseñaron, instalaron y probaron diferentes prototipos de este tipo de redes en Madrid. A esta estrecha relación con Telefónica se unen proyectos conjuntos y acuerdos de colaboración con otras entidades como ICFO y CSIC en el ámbito de las comunicaciones cuánticas, así como otras muchas colaboraciones con la industria.

En la actualidad, el grupo forma parte de proyectos internacionales de gran envergadura relacionados con la criptografía cuántica que son parte del Quantum Flagship Europeo. En concreto, el GIIC lidera las actividades de QKD en redes ópticas tanto en el proyecto CIVIQ como en OPENQKD, marco en el que coordina MadQCI, uno de sus más importantes nodos. OPENQKD es el ramp-up project de la iniciativa EuroQCI, el programa europeo para la creación de una red de comunicaciones cuánticas que una las principales capitales del continente.

Desde el punto de vista de la transferencia tecnológica, el GIIC ha registrado seis patentes en el campo de las tecnologías cuánticas, la mayoría junto con empresas, participa en actividades de estandarización sobre comunicaciones cuánticas en diversas entidades internacionales (CEN/CENELEC, International Telecommunications Union – ITU, European Telecommunications Standards Institute- ETSI, donde es vice-chair del Industry Specification Group on QKD y coordinador de varios documentos de estándares), ha participado en contratos industriales con la Comisión Europea para el diseño de la EuroQCI y ha sido co-autor de documentos europeos de roadmapping sobre comunicaciones cuánticas.