El auge de la inteligencia artificial (IA) ha provocado una demanda sin precedentes de tráfico de datos, lo que a su vez ha puesto de manifiesto las carencias en la infraestructura necesaria para soportar este crecimiento. Los centros de datos que gestionan aplicaciones impulsadas por IA se enfrentan al desafío de proporcionar comunicaciones más rápidas y fiables, al tiempo que deben lidiar con un aumento exponencial en el consumo de electricidad y una inminente amenaza a la seguridad cuántica, que podría poner en jaque los métodos de cifrado actuales.
Para abordar estos retos, un reciente estudio publicado en Advanced Photonics propone una arquitectura de transmisión de datos segura mediante tecnología cuántica, que minimiza el consumo de procesamiento digital de señales (DSP) y cumple con los estrictos requisitos de las interconexiones ópticas en centros de datos impulsados por IA (AI–DCI). Este sistema permite la transmisión de datos a velocidades de terabits por segundo con un bajo consumo energético, al tiempo que protege contra futuras amenazas cuánticas.
Una solución innovadora para la seguridad y eficiencia en la transmisión de datos
Los investigadores destacan que su trabajo «abre el camino hacia la próxima generación de interconexiones ópticas seguras, escalables y rentables, protegiendo a los centros de datos impulsados por IA contra amenazas de seguridad cuántica, mientras se satisfacen las altas demandas de las aplicaciones modernas basadas en datos». La arquitectura se centra en dos objetivos fundamentales: la transmisión eficiente de datos y la garantía de seguridad y fiabilidad a largo plazo.
Para simplificar la transmisión de datos, se utiliza una técnica denominada transmisión coherente autohomodina (SHC), en la que el transmisor envía una señal de referencia junto a los datos. Esto facilita la decodificación y procesamiento de las señales por parte del receptor, manteniendo al mismo tiempo una alta sensibilidad y estabilidad. Esta metodología permite enviar datos a más de 1,6 terabits por segundo, manteniendo bajos los costes y el consumo energético.
En cuanto a la seguridad, el sistema integra la distribución de claves cuánticas (QKD), que genera claves de cifrado secretas basadas en los principios de la mecánica cuántica. Estas claves no pueden ser interceptadas ni copiadas sin detección, lo que hace posible asegurar las transmisiones clásicas mediante cifrado AES-256 mejorado con claves generadas por métodos cuánticos. Esto garantiza una protección robusta y duradera, incluso ante la posibilidad de computadoras cuánticas futuras.
El sistema utiliza fibras multicore, que contienen varios canales separados dentro de una única hebra, permitiendo que diferentes tipos de señales viajen lado a lado sin interferencias y siendo totalmente compatibles con la infraestructura de fibra óptica actual. En pruebas de laboratorio con una fibra de siete núcleos, se transmitieron datos clásicos utilizando el sistema SHC, mientras que las señales cuánticas se aseguraron mediante QKD. Durante estas pruebas, el sistema logró una tasa de clave secreta promedio de 229 kilobits por segundo y soportó transmisiones de datos cifrados a 400 gigabits por segundo en cada núcleo de fibra.
En un ensayo continuo de 24 horas a lo largo de 3,5 kilómetros de fibra, simulando condiciones del mundo real, la red funcionó a una tasa agregada de 2 terabits por segundo de datos clásicos, manteniendo una tasa promedio de clave secreta de 205 kilobits por segundo. Esto generó aproximadamente 583 claves de cifrado seguras cada segundo. A lo largo de la prueba, el sistema consumió 1,440 claves de sesión y cifró y descifró 21,6 petabits de datos clásicos en tiempo real sin errores.
Esta nueva arquitectura de transmisión de datos no solo cumple con los requisitos de velocidad de los centros de datos de próxima generación, sino que también asegura una fuerte protección combinando fotónica con criptografía cuántica. Supera los cuellos de botella de los sistemas existentes y opera con pérdidas de transmisión muy bajas, lo que la hace tanto eficiente como fiable. Los investigadores concluyen que «al armonizar la fotónica de vanguardia con la criptografía cuántica, abrimos el camino hacia redes seguras, energéticamente eficientes y de capacidad ultralta, capaces de sostener el crecimiento exponencial de las tecnologías impulsadas por datos».
Los resultados de este estudio sugieren una dirección prometedora para el desarrollo de sistemas de transmisión de datos más eficientes y seguros, capaces de afrontar las crecientes demandas de aplicaciones de IA como vehículos autónomos y modelos de lenguaje de gran tamaño.
