La computación cuántica se basa en la física cuántica, que postula que algunas cosas pueden existir en varios estados diferentes, incluso al mismo tiempo. Es un campo que es contradictorio para la mayoría de nosotros.
La computación cuántica está a las puertas y es probable que interrumpa nuestros sistemas de información. Es mucho más rápido que la computación convencional y puede manejar tareas que son poco prácticas o imposibles para las computadoras convencionales. Si bien las computadoras cuánticas aún no han alcanzado la corriente principal, el consenso general es que lo harán con el tiempo. La cantidad de tiempo depende de con quién hables, pero generalmente las estimaciones oscilan entre cinco y veinte años. Dada la tasa de cambio en los últimos años, hay una creciente comprensión de que el período de tiempo más corto es más probable. Google, IBM, Microsoft y Honeywell ya tienen ordenadores cuánticos.
Como es de conocimiento común, las computadoras convencionales (que incluyen todas las computadoras de escritorio, computadoras portátiles, computadoras portátiles y teléfonos inteligentes que usamos actualmente junto con las computadoras más tradicionales) se basan en un sistema numérico binario. El más pequeño de los componentes son bits, que pueden reflejar uno de dos estados, como encendido o apagado, positivo o negativo.
Dada su velocidad y potencia, las computadoras cuánticas podrían tener
un gran impacto en el cifrado, que es la columna vertebral de la
seguridad de los sistemas de TI modernos.
¿Cómo funciona la computación cuántica?
La computación cuántica se basa en la física cuántica, que postula que algunas cosas pueden existir en varios estados diferentes, incluso al mismo tiempo. Es un campo que es contradictorio para la mayoría de nosotros y difícil de entender, sin embargo, se ha demostrado matemáticamente que es sólido. En un sentido tecnológico, la computación cuántica se logra mediante el uso de qubits, superposición y entrelazamiento.
Los qubits son los componentes más pequeños de la computación cuántica, más bien como un poco en la computación convencional. Una sugerencia es «pensar en un qubit como un electrón en un campo magnético. El espín del electrón puede estar alineado con el campo u opuesto al campo. Las influencias externas, como un rayo láser, pueden cambiar el espín del electrón de un estado a otro, pero si la fuerza de la carga es suficiente solo para detener el espín, pero no cambiarlo, entonces de acuerdo con la ley cuántica, la partícula entra en una superposición de estados, en la que se comporta como si estuviera en ambos estados simultáneamente. Debido al fenómeno de superposición, la partícula medida no tiene una sola dirección de espín antes de ser medida, sino que está simultáneamente en un estado de espín hacia arriba y hacia abajo».
Entra en entrelazamiento, que es un fenómeno mecánico cuántico en el que los estados cuánticos de dos o más objetos tienen que ser descritos con referencia entre sí, a pesar de que los objetos individuales pueden estar separados espacialmente. Esto conduce a correlaciones entre las propiedades físicas observables de los sistemas. En una computadora, necesitan estar muy juntos para evitar influencias externas en su estabilidad.
El estado de la partícula que se está midiendo se decide en el momento de la medición y se comunica a una partícula correlacionada, que simultáneamente toma la dirección de espín opuesta a la de la partícula medida. Esto se logra en un sentido de ingeniería insertando dos astillas cargadas en una losa de silicio, todo a un nivel micro, para representar las dos partículas correlacionadas. Para mantenerlos en superposición y enredados, es necesario mantenerlos en un ambiente libre de todas las influencias externas, congelándolos a una temperatura muy baja.
Se deduce que cada qubit utilizado, que consiste en dos partículas correlacionadas, podría tomar una superposición de 0 y 1. Por lo tanto, el número de cálculos que una computadora cuántica podría realizar es 2^n, donde n es el número de qubits utilizados. Una computadora cuántica que comprende 500 qubits tendría el potencial de hacer 2^500 cálculos en un solo paso; 2^500 es un número enorme, más que todos los átomos que existen en el universo conocido.
Para ilustrar la velocidad, «En 200 segundos, la máquina (de Google) realizó un cálculo diseñado matemáticamente tan complejo que le tomaría a la supercomputadora más poderosa del mundo, la Cumbre de IBM, 10,000 años para hacerlo. Esto hace que la computadora cuántica de Google sea aproximadamente 158 millones de veces más rápida que la supercomputadora más rápida del mundo».
Goldman Sachs anunció recientemente que podrían introducir algoritmos cuánticos para fijar el precio de los instrumentos financieros en tan solo cinco años. Honeywell anticipa que la cuántica formará una industria de $ 1 billón en las próximas décadas».
Dada su velocidad y potencia, las computadoras cuánticas podrían tener un gran impacto en el cifrado, que es la columna vertebral de la seguridad de los sistemas de TI modernos.
La amenaza de la computación cuántica para el cifrado es ampliamente conocida. Pero no se ha actuado con mucha prontitud debido al difundido sentir que la computación cuántica está muy lejos en el futuro
El cifrado está en peligro
El cifrado moderno se basa en el hecho de que las computadoras convencionales están limitadas en su capacidad para resolver problemas que no sean de manera lineal. Siempre han tenido un problema con las permutaciones y combinaciones, porque necesitan identificar y resolver todos los resultados posibles y luego comparar el resultado con el resultado deseado.
«Un problema particular con el que luchan es una categoría de cálculo llamada combinatoria. Estos cálculos implican encontrar una disposición de elementos que optimice algún objetivo. A medida que crece el número de artículos, el número de posibles arreglos crece exponencialmente. Para encontrar el mejor arreglo, las computadoras digitales de hoy en día básicamente tienen que iterar a través de cada permutación para encontrar un resultado y luego identificar cuál es el mejor para lograr el objetivo. En muchos casos, esto puede requerir una enorme cantidad de cálculos (piense en romper contraseñas cifradas)».
«Los investigadores han identificado problemas combinatorios en la banca y las finanzas que podrían beneficiarse de la computación cuántica, incluida la optimización de la cartera, el arbitraje de divisas y la calificación crediticia».
El cifrado es una técnica estándar para proteger la mayoría de los sistemas, particularmente los de misión crítica. Es la norma con la banca y otros sistemas financieros. En su forma más básica, el cifrado funciona mediante el uso de claves de cifrado que, cuando se aplican al texto sin formato, producen, a través de un algoritmo, el texto cifrado, que no se puede leer sin la clave para descifrarlo. Por lo tanto, al destinatario se le envía una clave de descifrado, que es la única clave que puede descifrar el texto cifrado. Un hacker necesitaría obtener la clave de descifrado o interceptarla cuando se envía al destinatario autorizado. La interceptación de claves es un riesgo importante y se ha invertido mucho esfuerzo para que la transmisión de claves sea segura. El cifrado es parte de blockchain por su papel en las claves públicas / privadas, y ese es un papel importante.
Gran parte del cifrado utilizado hoy en día se puede romper fácilmente con las computadoras cuánticas. Esto plantea un verdadero desafío para todo tipo de sistemas informáticos. El Foro Económico Mundial ha dicho que la computación cuántica podría hacer que la ciberseguridad de hoy sea obsoleta.
Enfrentando los desafíos
La amenaza de la computación cuántica para el cifrado es ampliamente conocida. Pero no se ha actuado con mucha prontitud debido a la sensación generalizada de que la computación cuántica está muy lejos en el futuro, pero el futuro está llegando rápidamente en estos días. Dados los plazos probables de los eventos, es aconsejable que los administradores de sistemas de TI consideren qué acción podrían tomar hoy para proteger sus sistemas en el futuro.
«Si una computadora cuántica suficientemente coherente en pleno funcionamiento está disponible, muchos archivos cifrados utilizando los estándares actuales serían más fácilmente descifrables. Por lo tanto, si algo necesita permanecer encriptado durante muchos años, la amenaza de que una computadora cuántica pueda estar disponible en una década o dos significa que vale la pena invertir en cifrado cuántico seguro hoy en día».
Ya hay varias formas de invertir en tecnología cuántica segura. Hay aplicaciones comerciales disponibles que no dependen de tener computadoras cuánticas disponibles, sino que, más bien, hacen uso de algunos de los conceptos de computación cuántica. Aumentar el tamaño de las claves es un punto de partida obvio. El uso de diferentes algoritmos es otra táctica. Hay varios libros blancos y directivas disponibles.
Otra táctica para abordar los problemas con la transmisión de claves es QKD (Quantum Key Distribution), que se basa en la idea cuántica de que cualquier observación de datos altera fundamentalmente esos datos. El estado de los datos después de la exposición no se puede predecir. Por lo tanto, si una transmisión clave es interceptada y observada, incluso brevemente, entonces cambiará y se volverá inútil para fines de decodificar el cifrado para el que fue destinada. QKD se utiliza en las industrias bancaria y financiera ahora, no utilizando computadoras cuánticas, sino más bien utilizando un proceso inspirado en la física cuántica para detectar la presencia de un tercero y desarrollar una nueva clave conocida solo por las partes de una transacción.
Esto es solo el comienzo. A medida que las computadoras cuánticas estén más ampliamente disponibles, y en la medida en que los modelos de cifrado actuales no se actualicen, es casi seguro que habrá casos significativos de intrusión en el sistema y pérdida de datos.