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Sistemas criptográficos optomecánicos

La UPV, la ULL y el ICN2 realizan un estudio para aumentar la seguridad de las comunicaciones ópticas a partir de la no linealidad

[ 28/04/2017 ]
Sistemas criptográficos optomecánicos

Un equipo de investigadores del Centro de Tecnología Nanofotónica de la Universitat Politècnica de València (NTC-UPV) ha participado, junto a la Universidad de La Laguna (ULL) y el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) -líder del trabajo- en un estudio que ha establecido las bases para el desarrollo de una tecnología de bajo coste que podría permitir alcanzar grandes niveles de seguridad en comunicaciones ópticas.


La clave de la investigación, cuyos resultados han sido publicados por la revista Nature Communications, reside en la generación de señales caóticas en una cavidad optomecánica fabricada en un chip de silicio.


Según explican los autores del estudio, la luz es esencial para las comunicaciones modernas basadas en la fibra de vidrio. Los cristales optomecánicos se diseñan a escala nanométrica para confinar fotones y unidades cuánticas de movimiento mecánico (fonones) en un mismo espacio físico. Estas estructuras, que hoy en día aún se estudian en entornos experimentales complejos, podrían cambiar el futuro de las telecomunicaciones


Cambio de estados modificando la longitud de onda de la excitación láser


En una cavidad optomecánica hay varias partículas interactuando fuertemente entre sí. Además de fotones (luz) y fonones (vibraciones), pueden generarse electrones por fenómenos de origen no lineal. La interacción entre dichas partículas es muy compleja, pero se puede controlar de forma adecuada para dar lugar a nuevos fenómenos físicos.


Alejandro Martínez, investigador del NTC-UPV, explica que "las no linealidades son claves en nuestro sistema. Al inyectar luz a una cavidad tan pequeña, se produce la interacción controlada entre fotones, fonones y electrones, lo que nos permite tener múltiples estados, y pasar de unos muy ordenados -como la emisión coherente de fonones- a otros muy desordenados -generación caótica de fonones, por ejemplo- cambiando la longitud de onda de la excitación láser".


Nueva perspectiva sobre las no linealidades ópticas


En este sentido, son fundamentales las fuerzas ópticas que, al interactuar con un cristal optomecánico producen un haz de luz fuertemente modulado. Tradicionalmente, en este ámbito, las no linealidades ópticas suelen considerarse perjudiciales y se procura minimizar sus efectos. Sin embargo, los investigadores de la UPV sugieren usarlas para transportar información codificada en el caos.


"Sería factible codificar datos en las señales caóticas que se generan", afirma Martínez, "lo que tendría una enorme utilidad en comunicaciones seguras no descifrables. Con la estructura propuesta, la forma de generar señales caóticas es muy sencilla y eficiente, aunque todavía tenemos que demostrar la sincronización de cavidades optomecánicas actuando como fuente y receptor de señales caóticas. La idea es incorporar a un sistema óptico de comunicaciones dos chips integrados que contengan cavidades optomecánicas para proteger la información añadiendo caos en el haz de luz en el punto de emisión y eliminándolo en el punto de recepción".


Grandes niveles de seguridad con tecnología de bajo coste


En el artículo publicado, los investigadores presentan las complejas dinámicas no lineales observadas en un cristal optomecánico de silicio. Daniel Navarro-Urrios, autor principal del trabajo, cómo un láser de onda continua y baja potencia se ve alterado tras atravesar una estructura que combina las propiedades ópticas y mecánicas de la luz y la materia.


"Los resultados", concluye Martínez, "establecen las bases de una tecnología de bajo coste que permitiría alcanzar grandes niveles de seguridad en comunicaciones ópticas mediante la integración de sistemas criptográficos optomecánicos basados en el caos".


Este estudio ha sido llevado a cabo en el marco de PHENOMEN, un proyecto europeo liderado por el ICN2 cuyo objetivo es establecer las bases de una nueva tecnología de la información que combine fonónica, fotónica y señales electrónicas de radiofrecuencia.


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