Gilles Brassard, BB84 y el Premio Turing 2025 por la información cuántica

El 18 de marzo de 2026, la Association for Computing Machinery (ACM) nombró a Gilles Brassard, informático de la Université de Montréal, y a Charles H. Bennett, físico de IBM Research, galardonados conjuntos del Premio A.M. Turing 2025. El premio está dotado con 1 millón de dólares, con el apoyo financiero de Google. La mención les reconoce por haber sentado las bases de la ciencia de la información cuántica y por transformar la comunicación y la computación seguras. Es el primer Premio Turing centrado en la ciencia de la información cuántica. El eje de su trabajo es un protocolo de 1984, BB84, que permite a dos partes acordar una clave secreta cuya confidencialidad se apoya en la física y no en la dificultad de un problema matemático.

01De un chapuzón en un congreso a un protocolo

El camino de Brassard hacia este campo comenzó en los primeros años de la criptografía académica. Según la Université de Montréal (UdeM), empezó a estudiar allí en 1968, a los 13 años, y más tarde obtuvo un doctorado en informática teórica en Cornell. La UdeM afirma que su tesis demostró la existencia teórica de un «oráculo» que haría demostrablemente segura la criptografía de clave pública. Terminó el doctorado a los 24 años y se convirtió en profesor ayudante en Montreal.

El encuentro decisivo tuvo lugar en 1979, en el IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, celebrado en Puerto Rico. Brassard se fue a nadar y Bennett, entonces en el Watson Research Center de IBM, se le acercó a nado para hablarle de un amigo, Stephen Wiesner, que había demostrado cómo los efectos cuánticos permitían crear billetes infalsificables. El manuscrito de Wiesner data de en torno a 1969, pero solo se publicó en 1983. En 1982, los tres firmaron un primer artículo sobre criptografía cuántica, pionero en su género.

El problema que abordaron Bennett y Brassard fue la distribución de claves. Los cifrados simétricos son rápidos, pero ambas partes necesitan un secreto compartido. Los esquemas de clave pública evitan tener que compartirlo de antemano, pero su seguridad descansa en supuestos sobre cálculos difíciles. Brassard ha explicado que no lo hicieron porque esperaran que la criptografía existente fallase. Según él, no inventaron el establecimiento cuántico de claves por creer que la infraestructura criptográfica se derrumbaría. El algoritmo de Peter Shor de 1994 volvió después concreta esa preocupación: permitiría que un ordenador cuántico rompiera con rapidez los esquemas clásicos de establecimiento de claves en los que se basa la infraestructura de clave pública.

02Cómo funciona BB84

El artículo de 1984, «Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing», demostró que dos partes pueden establecer una clave secreta con una seguridad garantizada por la física, incluso frente a adversarios con potencia de cálculo ilimitada, como un ordenador cuántico. En la versión estándar de polarización de fotones, los pasos son los siguientes:

• Preparación. El emisor, convencionalmente Alice, elige un bit aleatorio y una base aleatoria para cada fotón. Los cuatro estados son las polarizaciones vertical, horizontal, de 45 grados y de 135 grados.
• Medición. El receptor, Bob, elige una de dos bases, rectilínea o diagonal, para medir cada fotón.
• Cribado. Comparan sus elecciones de base a través de un canal clásico autenticado. Descartan los resultados en que las bases difieren y conservan el resto. Sobrevive aproximadamente la mitad de los datos.
• Estimación de errores. Comparan una muestra aleatoria de los bits cribados para obtener una tasa de error de bit cuántico. Si es demasiado alta, abortan. En caso contrario, aplican corrección de errores y amplificación de privacidad para destilar la clave secreta.

La seguridad procede de la mecánica cuántica. Las dos bases de Alice son conjugadas, de modo que una medición en la base equivocada da un resultado aleatorio y perturba el estado. Un espía no sabe qué base se utilizó para cada fotón. Por tanto, medir y reenviar introduce errores detectables; en el caso de manual de interceptar y reenviar, la clave cribada muestra erróneos aproximadamente una cuarta parte de sus bits. Un resumen universitario lo expresa así: cualquier intento de espionaje deja huellas detectables. La amplificación de privacidad reduce entonces la clave para eliminar cualquier información parcial que un atacante haya podido reunir por debajo del umbral de aborto.

Hay un punto fácil de pasar por alto. BB84 no elimina la necesidad de autenticación. El canal clásico debe estar autenticado y, si para ello se usan firmas de clave pública, la garantía teórico-informacional solo vale para las claves establecidas antes de que esas firmas se rompan. En la práctica se utiliza un pequeño secreto compartido de antemano, que el protocolo luego amplía.

03Del banco de laboratorio a la fibra y el satélite

La teoría llegó primero y el experimento tardó años. La primera demostración se produjo en 1989, cinco años después de la propuesta. Una revisión del campo describe aquel montaje como pulsos láser muy atenuados, no fotones individuales auténticos, enviados a través de 30 cm de aire libre a 10 Hz. Un perfil publicado en Communications of the ACM indica que el canal medía 32 cm y que los resultados se publicaron en 1992. Según IBM, Bennett construyó el dispositivo en su despacho, con espejos, polarizadores y detectores de fotones, y con software de Brassard y sus estudiantes.

La distancia fue el obstáculo inicial. La misma revisión señala que el alineamiento óptico en espacio libre limitaba el alcance y que, en 1993, algunos grupos ya habían demostrado QKD sobre fibra a lo largo de 10 km de fibra de telecomunicaciones. Un estudio de principios de la década de 2000 constató que estas realizaciones seguían adoleciendo de bajas tasas de bits y de un alcance máximo de en torno a 100 km. Citaba una tasa de clave secreta de 210 Hz a lo largo de 23 km. Estas cifras están desfasadas y no he verificado las actuales para este artículo. Según IBM, el método se ha utilizado desde entonces de forma experimental a distancias de hasta 1200 km entre un satélite y la Tierra.

Las limitaciones son estructurales. Los fotones no pueden amplificarse como las señales clásicas, porque un repetidor cuántico debe preservar estados frágiles. Además, los dispositivos reales se apartan del modelo idealizado, por lo que la literatura incluye trabajos sobre QKD seguro con dispositivos realistas. Los pulsos láser débiles, los defectos de los detectores y los canales laterales son los puntos débiles habituales. La descripción que hace la UdeM de BB84 como inhackeable «en teoría» debe leerse con esa salvedad: las demostraciones cubren el protocolo, y la ingeniería tiene que cerrar la brecha con el hardware.

04Teletransportación y un campo más amplio

La contribución de Brassard va más allá de la distribución de claves. La UdeM afirma que ayudó a inventar la teletransportación cuántica y que sentó sus bases en 1992 con Claude Crépeau, hoy en la École de technologie supérieure. La ACM sitúa su presentación en 1993, con otros colaboradores. Las dos fechas probablemente reflejan el momento de la investigación frente al de la publicación, aunque no lo he confirmado. La técnica combina comunicación clásica con entrelazamiento, que por sí solo no tiene capacidad de comunicación. La propia glosa de Bennett es que se trata de una forma de mover datos dentro de un ordenador cuántico, no de mover objetos.

Para los ingenieros, lo relevante en la práctica es que el entrelazamiento pasó a ser un recurso medible. La ACM afirma que el trabajo de la pareja también sustenta las redes cuánticas y los sistemas de computación cuántica a gran escala, junto con la destilación de entrelazamiento. CIFAR, que cuenta a Brassard entre sus miembros desde 2002, atribuye a ambos el mérito de haber tendido un puente entre la física y la informática.

05Qué significa el premio y qué queda abierto

Brassard ha planteado el premio como un argumento. En el comunicado de la UdeM dijo que le ayudaría a defender su tesis de que debemos dejar de depender únicamente de una infraestructura criptográfica obsoleta que caerá en cuanto exista un ordenador cuántico de plena potencia. Ese calendario es incierto. Nadie puede decir cuándo llegará una máquina así, por lo que los planes de migración son gestión de riesgos, no pronósticos.

BB84 tampoco es la única respuesta. En agosto de 2024, el NIST finalizó sus primeros estándares poscuánticos; FIPS 203 se basa en CRYSTALS-Kyber, rebautizado ML-KEM. La criptografía poscuántica funciona con el hardware y las redes actuales. Sigue apoyándose en supuestos computacionales, que es precisamente el compromiso que BB84 se diseñó para evitar. La QKD requiere enlaces ópticos dedicados, nodos de confianza o satélites, y canales autenticados. En la mayoría de los despliegues se trata de herramientas complementarias, no sustitutivas.

Los honores que rodean al Premio Turing muestran hasta dónde ha llegado la idea. Brassard y Bennett compartieron el Premio Breakthrough de Física Fundamental de 2022, y Brassard posee además el Premio Wolf de Física y es Fellow de la Royal Society. Según la UdeM, es apenas el octavo canadiense galardonado con el Premio Turing. Yoshua Bengio es el otro premiado de la UdeM, en 2018. El propio Brassard ha dicho que, cuando él y Bennett empezaron, nunca imaginaron una tecnología que valdría miles de millones de dólares. Para un protocolo demostrado por primera vez a lo largo de unos 30 centímetros de aire de laboratorio, es una distancia considerable.