La distribución cuántica de claves (o QKD) suele presentarse como una forma elegante de blindar comunicaciones: en lugar de confiar solo en “candados matemáticos”, se apoya en el comportamiento de los fotones y en una idea muy intuitiva: si alguien intenta mirar el mensaje por el camino, deja huella. Al tocar un estado cuántico, lo alteras. Es como intentar leer una carta sellada sin que se note: el sello termina marcado.
Esa propiedad convierte a QKD en un enfoque atractivo para infraestructuras críticas, banca, gobiernos o centros de datos. El matiz es que esa seguridad “de libro” vive en un laboratorio ideal. En el mundo real, QKD necesita una cosa tan poco glamourosa como decisiva: un enlace físico impecable entre emisor y receptor. Y ahí aparece un enemigo discreto, casi doméstico, pero capaz de erosionar el sistema por dentro: el error de apuntamiento.
Qué es el error de apuntamiento y por qué importa tanto
Imagina que intentas apuntar con un puntero láser a un sensor pequeño al otro lado de una habitación. Si tu mano tiembla un poco, el punto se desplaza. En comunicaciones ópticas inalámbricas, esa “mano” tiembla por vibraciones mecánicas, turbulencia atmosférica, microdesalineaciones del montaje o limitaciones de los mecanismos de seguimiento. En QKD, ese desplazamiento no es un simple inconveniente: puede cambiar cuántos fotones llegan, cuántos se detectan bien y cuántos acaban convertidos en ruido.
Cuando el haz no cae donde debe, baja la eficiencia de detección y sube la tasa de errores. En QKD, ese incremento se mide con una métrica clave: la QBER (quantum bit error rate), el porcentaje de bits que llegan “torcidos”. Un poco de QBER es normal; demasiado, y el sistema deja de poder destilar una clave realmente secreta. Dicho en una metáfora cotidiana: si en una receta confundes una pizca de sal con una pizca de azúcar, aún se salva; si lo haces con media taza, el plato ya no tiene arreglo.
Un marco analítico que pone números a un problema subestimado
Un trabajo reciente, publicado en IEEE Journal of Quantum Electronics, propone un marco analítico para cuantificar cómo el error de apuntamiento afecta a QKD en enlaces de comunicaciones ópticas inalámbricas. El estudio se centra en el protocolo BB84, uno de los más usados y estudiados, y aporta expresiones analíticas para probabilidades de error y de “sift” (el filtrado de bits que realizan emisor y receptor para quedarse con los compatibles). Los autores, Yalçın Ata y Kamran Kiasaleh, plantean que el problema había recibido menos atención de la que merece en escenarios ópticos reales, justo donde la alineación es más delicada.
La idea potente del enfoque es combinar modelos estadísticos de desalineación del haz con teoría de detección de fotones, para aterrizar el impacto en dos resultados que importan en producción: la QBER y la tasa de clave secreta (o SKR), que indica a qué ritmo se pueden generar claves compartidas seguras.
Por qué Rayleigh y Hoyt importan más de lo que parece
Hasta aquí, uno podría pensar: “vale, el haz se mueve, suben los errores”. La novedad está en cómo se modela ese movimiento. El estudio utiliza distribuciones Rayleigh y Hoyt para describir el error de apuntamiento de forma más realista, incluyendo casos en los que las desviaciones horizontales y verticales no se comportan igual. En otras palabras, no asume que el temblor del “puntero láser” sea idéntico en todas direcciones.
Esta elección no es un capricho matemático: muchos sistemas reales tienen asimetrías. Un montaje puede ser más estable en un eje que en otro; el viento puede empujar más en una dirección; el mecanismo de seguimiento puede corregir mejor vertical que horizontal. Modelar ese detalle permite predecir mejor cuándo el sistema aguanta y cuándo empieza a fallar de manera silenciosa.
Lo que ocurre con la QBER y la SKR cuando el haz “se va” un poco
Con el marco analítico en mano, el estudio deriva cómo cambian la probabilidad de error y la de sift bajo distintos patrones de desalineación. A partir de ahí calcula la QBER y, usando esa QBER, la SKR. El hallazgo central es tan intuitivo como incómodo: pequeñas desalineaciones sostenidas degradan el rendimiento de manera significativa, elevando la QBER y reduciendo la SKR.
En la práctica, esto se parece a intentar mantener una videollamada con una red Wi-Fi que no se corta del todo, pero que pierde paquetes cada pocos segundos: la llamada sigue “conectada”, aunque cada vez entiendes menos y terminas repitiendo frases. En QKD, repetir o corregir tiene límites: hay un punto a partir del cual ya no puedes garantizar que la clave final sea secreta.
El trabajo también analiza el efecto del tamaño del haz (su “anchura”, lo que en óptica se relaciona con el beam waist). Un haz más ancho puede implicar más sensibilidad a ciertos errores de apuntamiento, y el resultado global es un deterioro medible del rendimiento.
Apertura del receptor: ayuda, pero no es magia
Una respuesta instintiva ante un haz que no siempre cae donde toca es agrandar el “cesto”: aumentar la apertura del receptor para capturar más luz. El estudio confirma que esto puede mejorar el rendimiento, aunque con un matiz importante: la mejora no crece indefinidamente. Llega un punto de rendimientos decrecientes, donde abrir más el receptor aporta poco respecto al coste, la complejidad o el ruido que pueda introducirse.
Aquí la analogía es simple: si se te cae arroz al suelo, usar un recogedor más grande ayuda; si ya estás recogiendo casi todo, un recogedor gigante no compensa y puede estorbar. En ingeniería, ese “no compensa” es crucial porque la seguridad no vive aislada: vive dentro de presupuestos, consumo, tamaño, peso y mantenimiento.
La sorpresa: la asimetría puede jugar a favor
Uno de los resultados más llamativos es que la desalineación asimétrica —cuando los errores horizontal y vertical difieren— puede ser favorable en ciertos escenarios, mejorando el rendimiento frente a un error simétrico equivalente. Suena contraintuitivo, porque solemos asociar “asimetría” con “imperfección”. Aquí, esa imperfección puede dar un perfil estadístico que penaliza menos la detección efectiva o que permite estrategias de diseño más eficientes en el receptor.
Traducido a un ejemplo cotidiano: si una puerta roza un poco solo por un lado, quizá puedas ajustar una bisagra y convivir con ello; si roza por todos los lados a la vez, el arreglo se complica. Para QKD en enlaces ópticos, reconocer esa asimetría abre una vía pragmática: no siempre se trata de eliminar el error, sino de entender su forma y diseñar alrededor de ella.
Fotones, seguridad y el requisito de una SKR no nula
Para que QKD sea útil, la tasa de clave secreta debe ser mayor que cero: si el sistema no puede extraer ni un goteo de bits realmente secretos, no hay clave que intercambiar. El estudio señala que, para lograr una SKR no nula bajo ciertas condiciones de apuntamiento, puede ser necesario aumentar el número medio de fotones por pulso. Esto, en el lenguaje de seguridad cuántica, es un equilibrio delicado: más fotones pueden mejorar la detección, aunque también hay que cuidar los supuestos de seguridad del protocolo y las contramedidas típicas de implementaciones reales.
Lo relevante para el lector no es memorizar el parámetro, sino la lección: la seguridad cuántica no es solo teoría; es también presupuesto de fotones, sensibilidad del detector, estabilidad mecánica y estadística del entorno.
Qué cambia para quienes diseñan y despliegan QKD
El valor de este tipo de trabajo no está en asustar con “una debilidad”, sino en poner foco donde a veces se mira menos: el hardware y la alineación. QKD promete detectar al intruso, sí, pero también puede verse degradado por algo tan prosaico como una vibración o una mala calibración. Eso no “rompe” la física cuántica; recuerda que la ingeniería manda.
Para proveedores y equipos de ciberseguridad, el mensaje práctico es claro: al evaluar QKD en enlaces ópticos, conviene preguntar por el presupuesto de apuntamiento, los modelos que usan para estimarlo, la tolerancia real de QBER y las condiciones bajo las que la SKR se mantiene viable. SciTechDaily recogía esta idea al subrayar que desalineaciones diminutas pueden socavar el rendimiento sin hacer ruido.