Se llama Día Q, el día en que una computadora cuántica robusta como esta podrá descifrar el método criptográfico más común utilizado para proteger nuestros datos digitales.
Q-Day tendrá enormes implicaciones para todas las empresas de Internet, bancos y gobiernos, así como para nuestra privacidad personal.
Y sabemos que algún día sucederá. La única cuestión es saber cuándo.
Por ahora, las computadoras cuánticas, que explotan la espeluznante física de las partículas subatómicas, siguen siendo demasiado inestables para realizar operaciones sofisticadas durante mucho tiempo. La computadora Osprey de IBM, supuestamente la computadora cuántica más poderosa jamás desarrollada, tiene solo 433 qubits (o bits cuánticos), cuando la mayoría de los científicos informáticos consideran que se necesitaría 1 millón de qubits para realizar el potencial de la tecnología. Tal vez todavía estemos a una década de eso.
Pero en 1994 el matemático estadounidense Peter Shor escribió un algoritmo que, en teoría, podría ejecutarse en una poderosa computadora cuántica para descifrar el protocolo criptográfico RSA, el más utilizado para proteger las transacciones en línea. El algoritmo RSA aprovecha el hecho de que, aunque es muy fácil multiplicar dos números primos grandes, nadie ha descubierto aún una forma eficiente para que una computadora clásica realice el cálculo inverso. Shor mostró cómo una computadora cuántica podría hacer esto con relativa facilidad. Un artículo de investigación reciente publicado en China exploró la posibilidad de un enfoque híbrido entre la computación clásica y la cuántica que podría adelantar la llegada del Q-Day.
Emocionados por las posibilidades de construir la primera computadora cuántica robusta y aterrorizados por la perspectiva de quedar en segundo lugar, las principales potencias del mundo ahora están enfrascadas en una carrera para desarrollar la tecnología.
Las computadoras cuánticas no solo se pueden usar para descifrar los métodos de encriptación existentes, sino que también se pueden usar para proteger las comunicaciones en un mundo cuántico, y los gobiernos, las empresas y la industria del capital de riesgo están invirtiendo mucho para comercializar la tecnología.
Pero, ¿cómo funciona realmente la computación cuántica?
Para entender la respuesta, primero es necesario comprender el funcionamiento de una computadora clásica.
La unidad básica de la computación clásica es un bit, que puede estar en uno de dos estados binarios: apagado o encendido, a menudo descrito como 0 o 1.
Una secuencia de ocho bits se conoce como «byte», que puede almacenar muchos más datos que un bit.
Si bien cada bit individual solo contiene dos valores, un byte completo contiene 256 combinaciones únicas.
Esas son suficientes combinaciones para codificar todos los caracteres del alfabeto latino, usando un sistema llamado ASCII.
Una codificación más moderna llamada «Unicode» usa grupos de hasta cuatro bytes, suficiente para cubrir todo, desde emojis hasta caracteres del idioma tamil y muchos otros idiomas basados en caracteres, con solo una fracción de sus más de 1 millón de combinaciones utilizables.
Pero solo se necesita un bit ⬤ no confiable para cambiar completamente el valor de una letra, contraseña o cálculo.
Para que funcionen los sistemas informáticos complejos construidos alrededor de estos bits, la confiabilidad tiene prioridad sobre todo lo demás.
También podemos usar bits para resolver problemas tangibles.
Por ejemplo, imagina un laberinto donde el objetivo es llegar al centro ⬤ usando el camino más corto posible.
Usando una computadora clásica, cada intersección a lo largo del camino se convierte en una decisión binaria correspondiente a un bit, con 1 y 0 representando giros en direcciones opuestas.
De esta forma, podemos pensar en cada combinación de bits como un conjunto de direcciones para atravesar el laberinto.
Gira un poco para cambiar de dirección.
Algunos de estos caminos se superpondrán y otros pueden conducir a callejones sin salida, pero trabajando en cada combinación de giros podremos encontrar el camino más corto hacia el centro.
Sin embargo, hay una característica clave de un problema como este: para estar seguro de una respuesta, debe observar todas las combinaciones posibles de volteretas, y solo puede verificar una de ellas a la vez (recuerde que los ocho bits son 256 combinaciones).
Y si bien encontrar el camino a través de un laberinto simple puede no llevar mucho tiempo en las computadoras modernas, imagina si nuestro laberinto fuera mucho más grande, con cada vuelta duplicando el número de combinaciones.
Y como casi siempre será más sencillo agregar vueltas adicionales a un laberinto, o dígitos a un número, que construir una computadora más poderosa, si queremos idear un problema para ralentizar o «colgar» una computadora, generalmente es posible.
Este es el tipo de rompecabezas que las máquinas cuánticas podrían resolver de manera radicalmente más efectiva.
En comparación con las computadoras clásicas, son excelentes para problemas en los que es difícil encontrar todas las posibles respuestas (los 256 caminos y los giros del laberinto) pero es fácil verificar que son correctos (comparando las longitudes de todos estos caminos).
En una computadora cuántica, nuestros bits se reemplazan con bits cuánticos o qubits. Estos existen en lo que llamamos un estado cuántico, en el que, hasta que se miden, pueden considerarse simultáneamente «encendidos» y «apagados».
Si nuestros bits fueran monedas, piense en los qubits como esas mismas monedas, pero en el aire después de sacar cara o cruz. En algún momento aterrizarán boca arriba, pero mientras están en el aire es probable que sean uno u otro. En computación cuántica, este estado de «moneda en el aire» se conoce como «superposición».
Mientras cada qubit está en este estado, se puede pensar que la computadora cuántica recorre cada ruta a través del laberinto simultáneamente, en lugar de una ruta a la vez.
Una vez medidos los qubits, habremos establecido un camino, pero la probabilidad de que sea el correcto no es mayor que la de un camino elegido al azar.
Sin embargo, mientras la computadora está en estado cuántico, los qubits se pueden organizar de tal manera que se maximice la posibilidad de encontrar la respuesta correcta. Las matemáticas que sustentan estas disposiciones se conocen como «algoritmos cuánticos» y es la magia engañosa que se encuentra en el corazón de la computación cuántica.
La tarea normalmente lenta de encontrar todos los caminos posibles ya no es así en una máquina cuántica, y dados todos los caminos, averiguar cuál es el más corto es relativamente fácil, con el algoritmo correcto.
Habiendo empujado la máquina en la dirección de la respuesta correcta, ahora podemos obtener el camino más rápido hacia el centro del laberinto cuando finalmente medimos el estado de la máquina.
Al menos, así es como se supone que debe funcionar.
En realidad, hay una serie de problemas que separan a las computadoras cuánticas actuales de las versiones futuras que pueden resolver de manera confiable los problemas con los que luchan las computadoras clásicas.
El mayor desafío es mantener los cúbits en una posición estable el tiempo suficiente para que puedan utilizarse. Los qubits están formados por partículas subatómicas notoriamente frágiles en estados cuánticos delicados que pueden alterarse fácilmente.
Cualquier interacción con el entorno circundante (pequeñas cantidades de calor, señales electrónicas, campos magnéticos e incluso rayos cósmicos) puede afectar el estado de los qubits.
Timothy Spiller, director del Centro de Comunicaciones Cuánticas del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas, explica que este «ruido externo» oculta lo que sucede en la máquina cuántica y hace que sea extremadamente difícil medir la respuesta correcta. «Si tenemos una señal y el ruido se vuelve comparable a ella, simplemente perdemos la señal. Termina ahogada en el ruido de fondo. Y eso se aplica al caso cuántico… se pierde el refinamiento».
Se requiere cierta interacción con el entorno, ya que necesitamos medir los qubits para obtener una respuesta. Pero esta participación externa crea problemas de confiabilidad. Es por eso que la mayoría de los prototipos de computadoras cuánticas funcionan en una cámara criogénica, justo por encima de la temperatura cero absoluta. Enfriada a menos 273 grados Celsius, la cámara es más fría que el espacio exterior.
Esta pérdida de coherencia cuántica, conocida como «decoherencia», se ha comparado con la dificultad de controlar una larga fila de gatitos distraídos y evitar que se dispersen en todas direcciones.
Y recuerde, solo se necesita un pequeño problema de confiabilidad para cambiar por completo el valor de un byte completo o introducir errores en un sistema.
El ruido del entorno circundante limita severamente el tiempo que las computadoras cuánticas pueden permanecer en un estado cuántico. Y ese período, a menudo medido en microsegundos, podría no ser lo suficientemente largo para ejecutar un algoritmo cuántico.
Es por eso que estas máquinas ruidosas y extremadamente sofisticadas, del tamaño de un barril de petróleo, son necesarias para albergar solo unos pocos cientos de qubits.
A pesar de que el procesador en sí es solo una pequeña parte de la máquina.
La gran mayoría de la máquina se dedica a mantener los qubits lo más aislados posible, a mantener un estado cuántico el mayor tiempo posible y a minimizar los errores.
Incluso las tecnologías cuánticas rudimentarias que tenemos hoy pueden ayudar a las empresas a optimizar sus operaciones logísticas o permitir que los médicos controlen la actividad cerebral de los niños enfermos, como se hace en el Puerto de Los Ángeles y un hospital en Toronto, respectivamente.
Pero se abrirá un mundo completamente nuevo de posibilidades si los investigadores pueden desarrollar computadoras cuánticas robustas y sin errores.
La carrera por desarrollar esta tecnología está motivada tanto por la perspectiva de ganancias comerciales como por la rivalidad geopolítica entre las grandes potencias. Varias de las empresas de tecnología más grandes del planeta, incluidas Google, IBM, Microsoft y Honeywell, están invirtiendo fuertemente en computación cuántica, y lo mismo ocurre con un pequeño ejército de nuevas empresas.
A pesar de la recesión general del sector tecnológico, los inversores invirtieron un récord de 2350 millones de dólares en nuevas empresas de computación cuántica el año pasado, según datos compilados por la consultora de gestión McKinsey. Gran parte de la atención de los inversores se ha centrado en la informática, las comunicaciones y la detección cuántica.
Muchos gobiernos consideran que la tecnología cuántica es un imperativo estratégico y están aumentando sus gastos en investigación y desarrollo. El año pasado, Estados Unidos comprometió US$1.800 millones adicionales para esto y la Unión Europea prometió nuevos fondos por valor de US$1.200 millones. En marzo, el Reino Unido lanzó un programa de diez años para invertir 2.500 millones de libras esterlinas. Pero esos esfuerzos quedan eclipsados por China, que ha anunciado inversiones totales de 15.300 millones de dólares hasta la fecha.
La primera empresa que logre desarrollar una computadora cuántica confiable podría generar miles de millones en ingresos. McKinsey estima que las cuatro industrias más afectadas por el desarrollo de la computación cuántica (automoción, química, servicios financieros y ciencias de la vida) podrían obtener un valor de 1,3 billones de dólares para 2035.
La tecnología cuántica podría ayudarnos a inventar nuevos materiales y medicamentos, desarrollar estrategias comerciales financieras más inteligentes y crear nuevos métodos de comunicación seguros. «La perspectiva de la computación cuántica abre áreas de tecnología completamente nuevas», dice David Cowan, socio de Bessemer Venture Partners, una firma de capital de riesgo con sede en San Francisco. «Podemos desbloquear soluciones que, en el pasado, ni siquiera podíamos soñar con lograr».
Además de sentirse atraídos por las posibilidades económicas, los gobiernos están preocupados por las implicaciones de seguridad del desarrollo de computadoras cuánticas. Hoy en día, el método más común utilizado para proteger todos nuestros datos digitales se basa en el algoritmo RSA, que es vulnerable a ser descifrado por una máquina cuántica.
El método de cifrado RSA se basa en la inmensa dificultad de factorizar el producto de dos grandes números primos.
Imagina que te dan dos cubos de pintura, uno con un tono de ⬤ rojo y el otro con un tono de…
Noticia de Brasil
Fuente: uol.com.br