Universidad
Politécnica de Madrid

16.12.24

La Universidad Politécnica de Madrid está colaborando en un proyecto piloto de la operadora O2 Telefónica para integrar tecnologías cuánticas en su red móvil y así mejorar el rendimiento y explorar nuevos estándares de seguridad de datos.

En esta iniciativa, O2 Telefónica está trabajando con la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Telefónica SA, Amazon Web Services (AWS) y Telefónica Tech (como AWS Consulting Partner con competencia en seguridad), para examinar la aplicación de las tecnologías cuánticas en las redes móviles. Este proyecto representa uno de los primeros esfuerzos coordinados a nivel mundial para probar múltiples tecnologías cuánticas en un entorno cloud. De este modo, también se están potenciando diversas líneas de investigación de Telefónica en tecnologías cuánticas en su Laboratorio de Tecnología y Automatización de Telefónica en Madrid en los últimos 10 años.

A medida que evoluciona el panorama digital, las tecnologías cuánticas están proporcionando nuevos métodos para resolver problemas computacionales complejos que son difíciles de solucionar por los sistemas clásicos. Estas tecnologías permiten también incrementar la seguridad mediante un cifrado resistente a la computación cuántica. O2 Telefónica está explorando las posibilidades futuras de su red a través de estos avances, garantizando una comunicación móvil segura y eficiente.

“La tecnología de comunicaciones cuánticas es extremadamente exigente debido a la necesidad de manejar señales cuánticas individuales. Este piloto muestra cómo la tecnología QKD (distribución cuántica de claves) puede integrarse de forma útil en una red de producción muy compleja para asegurar casos de uso del mundo real”, afirma el profesor Vicente Martín, investigador principal del Grupo de Investigación en Información y Computación Cuántica (GIICC) de la UPM.

Un ordenador cuántico da soporte a O2 Telefónica en la ampliación de su red en Múnich. Crédito: Telefónica Deutschland

“Estamos entrando en la era cuántica de las redes digitales”, apunta Mallik Rao, director de Tecnología e Información de O2 Telefónica. “La física cuántica mejorará la comunicación digital. Con nuestro proyecto piloto, estamos dando un paso significativo hacia redes móviles cuánticas seguras. Hoy estamos creando las condiciones necesarias para aprovechar las tecnologías cuánticas y sus posibilidades en nuestra red O2 en beneficio de nuestros clientes. Las tarjetas SIM, los mensajes de texto y las videollamadas para consumidores, empresas y autoridades públicas están protegidos con seguridad avanzada en la era 6G”.

La computación cuántica tiene el potencial de contribuir a optimizar la infraestructura de telecomunicaciones. A medida que la tecnología se desarrolle, puede ayudar a los operadores móviles a mejorar la eficiencia del despliegue de redes 5G y futuras redes 6G, con la posibilidad de mejorar la prestación de servicios y reducir la complejidad operativa.

Computación cuántica para optimizar la red móvil

En una parte del proyecto piloto, se explora uno de los computadores cuánticos a los que se accede a través de Amazon Braket como una herramienta potencial para ayudar a calcular la ubicación óptima de las torres móviles de O2 Telefónica en Múnich. La tarea implica abordar un complejo problema de optimización, garantizando que no haya dos torres que tengan áreas de cobertura superpuestas y procurando maximizar la eficiencia de la red. En términos prácticos, este proceso implicaría evaluar miles de millones de configuraciones potenciales, considerando variables como rangos de frecuencia, obstáculos geográficos e interferencias de señales. La computación cuántica presenta beneficios potenciales para abordar dichos problemas.

Los sistemas informáticos tradicionales requieren encontrar aproximaciones para manejar cálculos tan complejos de manera eficiente debido a la escala y la complejidad involucradas. La computación cuántica, aunque aún en sus primeras etapas, ofrece un enfoque prometedor al simular varias configuraciones posibles y reducir soluciones óptimas más rápidamente. En este piloto, se utiliza el procesador cuántico como herramienta para identificar disposiciones que podrían maximizar la cobertura de la red y al mismo tiempo reducir la interferencia, con el objetivo de comprender su potencial futuro para tales tareas.

Crédito: ThisisEngineering en Unsplash

Redes móviles seguras con criptografía post-cuántica

Tras este cálculo inicial de la ubicación de las antenas mediante computación cuántica, la atención se centra en proteger datos altamente sensibles. A medida que la tecnología continúa evolucionando, se requieren medidas de seguridad igualmente sofisticadas para salvaguardar dichos datos. El proyecto piloto de O2 Telefónica se centra en probar técnicas de cifrado resistentes a la computación cuántica (lo que se conoce como criptografía post-cuántica), garantizando que las redes móviles sigan siendo resilientes frente a futuros avances en computación.

Actualmente se están explorando dos enfoques de seguridad cuántica: la criptografía post-cuántica (Post-Quantum Cryptography o PQC) y la distribución cuántica de claves (Quantum Key Distribution o QKD). PQC utiliza algoritmos criptográficos diseñados para resistir las capacidades de descifrado de los computadores cuánticos, lo que proporciona una solución sólida para proteger los datos en tránsito. En su declaración de abril de 2024, la Comisión Europea destacó: “El futuro desarrollo potencial de los computadores cuánticos [...] hace necesario que Europa busque salvaguardias más sólidas [...] cambiando a la criptografía post-cuántica lo más rápido posible”.

Esto se alinea con el enfoque de O2 Telefónica en este proyecto piloto, donde los resultados de la computación cuántica se transmiten de forma segura desde Estados Unidos a Europa a través de la red troncal interna de AWS, con cifrado PQC aplicado para proteger los datos durante todo el proceso de transmisión.

Además de la resistencia cuántica que proporciona el enfoque PQC, los enlaces más críticos están protegidos con otra capa de seguridad, QKD. Esto es consistente con un enfoque de seguridad de defensa en profundidad (DiD) donde se combinan múltiples capas de seguridad para proteger la distribución de claves a través de canales de comunicación altamente sensibles, como aquellos entre centros de datos y enlaces satelitales, para proporcionar una estrategia de seguridad integral.

Los conocimientos adquiridos en este proyecto contribuirán al desarrollo de futuras redes 6G, mejorando tanto la seguridad como el rendimiento. Estas tecnologías pueden desempeñar un papel clave para garantizar la seguridad de los datos transmitidos a través de fronteras internacionales y entre redes terrestres y satélites.