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Ciberseguridad
27 de mayo de 2013

El ordenador cuántico, la piedra filosofal del siglo XXI

El ordenador cuántico, la piedra filosofal del siglo XXI

El ordenador cuántico, la piedra filosofal del siglo XXI

Escrito por , 27/05/2013

Reconozco que siempre me han resultado extraños los conceptos de la física cuántica, ni siquiera cuando estudiaba esta asignatura en la universidad conseguí asimilar una teoría según la cual si tiras una pelota a la pared hay una probabilidad (pequeña, pero real) de que ésta la atraviese. O que defiende que el pobre gato de Schrödinger puede estar a la vez vivo y muerto, metido en una caja.

Pero por muy antinatural que parezca esta teoría el mundo en el que vivimos no existiría sin ella. Todos los aparatos que usamos (ordenadores, móviles, televisores…) basan su funcionamiento en la mecánica cuántica, las reglas que rigen cómo interactúan los átomos de los elementos que dan forma a sus circuitos electrónicos.

Sin embargo, el funcionamiento actual de los ordenadores no explota todas las posibilidades que ofrece la física cuántica, puesto que su procesamiento sigue siendo a día de hoy muy lineal. Una CPU es capaz de gestionar una única operación en un momento dado del tiempo, por lo que la potencia depende directamente del número de operaciones por segundo que puede ejecutar (una detrás de otra).

La conocida Ley de Moore, según la cual aproximadamente cada 18 meses se duplica la capacidad de procesamiento (al reducirse el tamaño de los transistores en los circuitos integrados), es la que determina en la práctica la capacidad efectiva de los ordenadores en un momento dado del tiempo.

Esta limitación en la potencia computacional es la premisa en que se apoya la seguridad en el terreno de la informática. Los algoritmos que se utilizan para el cifrado de las comunicaciones y la información se basan en la complejidad para resolver problemas matemáticos, como la factorización de números. Hasta el momento no se conoce ningún método efectivo para realizar este proceso, aplicándose en la práctica el que aprendimos en el colegio: ir probando todas las posibles combinaciones de números primos hasta obtener aquellos que, multiplicados entre sí, dan lugar al número buscado.

La criptografía de clave pública (PKI o Public Key Infrastructure) utiliza esta circunstancia, de forma que el proceso de cifrado y descifrado de la información se basa en utilizar un número extremadamente grande generado a partir de las claves pública y privada. Alguien que trate de conocer el contenido de un mensaje cifrado sin saber la clave privada se enfrenta al problema de factorizar este número (o alguno equivalente, como las curvas elípticas o los logaritmos discretos).

Esto hace que algoritmos como RSA (uno de los más utilizados) se consideren a día de hoy computacionalmente irrompibles, esto es, ni todos los ordenadores del mundo trabajando de forma coordinada durante cientos o miles de años podrían resolver el problema matemático que supone la factorización de números grandes y romper por fuerza bruta un solo mensaje cifrado con este algoritmo, si no se conoce la clave privada que lo ha generado (siendo ésta lo suficientemente grande, con la capacidad computacional actual supone usar claves de 2048 bits o más).

Pero, ¿qué pasaría si se descubre un método de factorización distinto, que permita resolver este problema en un corto espacio de tiempo? Pues que la seguridad, tal y como la conocemos, dejaría de existir. Aquellas organizaciones, gubernamentales o privadas, que lo consiguieran tendrían la capacidad de capturar las comunicaciones, interceptar transacciones financieras o acceder a datos confidenciales de cualquiera, con las consecuencias que ello tendría para nuestra sociedad.

Pues tengo una mala noticia… ese método ya ha sido descubierto, de hecho existe desde hace casi 20 años: se conoce como algoritmo de Shor. Lamentablemente (o no), basa su funcionamiento en la existencia de un ordenador cuántico capaz de ejecutar en un mismo instante de tiempo múltiples operaciones, lo que permite probar a la vez todas las posibles combinaciones y encontrar mágicamente la solución al problema, independientemente del tamaño del número a factorizar.

Durante las dos últimas décadas se ha ido avanzando en la construcción de este tipo de ordenadores, y en 2001 ya se ejecutó por primera vez el algoritmo de Shor en un ordenador cuántico desarrollado por IBM y la universidad de Stanford (se realizó un experimento que permitió encontrar los factores primos de 15, dando el resultado correcto de 3 y 5, con un ordenador de 7 qubits o quantum bits).

En los siguientes años surgieron distintos rumores sobre la fabricación del primer ordenador cuántico no experimental, así como de la utilización de este tipo de tecnología por parte de empresas como Google, para mejorar el reconocimiento de imágenes, entre otras aplicaciones.

En 2011 una empresa llamada D-Wave Systems (precisamente con la que Google había colaborado) proclamó haber fabricado un ordenador cuántico real (de 16 qubits), vendiéndolo a la compañía Lockheed Martin por la friolera de 10 millones de dólares.

Y recientemente Lockheed Martin parece haber evolucionado ese prototipo para estar en disposición de vender el primer ordenador cuántico de propósito general.  Aunque todavía está por confirmar, la empresa apuesta fuerte por la computación cuántica. De hecho, el vídeo que viene a continuación me hace recordar escenas similares en películas de ciencia ficción en las que aparecen tecnologías que cambian el mundo (aunque no siempre para mejor).

Google y la NASA tienen tan clara la madurez de esta tecnología que acaban de anunciar la creación de una iniciativa conjunta que utilizará el ordenador cuántico desarrollado por D-Wave para avanzar en el desarrollo de la inteligencia artificial.

¿Significa esto que se ha encontrado ya la piedra filosofal del siglo XXI el elemento que permite saltarse las leyes físicas y convertir cualquier metal en oro? ¿Llega la era en la que cualquier algoritmo criptográfico puede ser roto, reduciendo a la nada la seguridad en la que se apoya nuestra sociedad?

La lucha entre los criptógrafos que desarrollan nuevos algoritmos y los criptoanalistas que tratan de romperlos es tan antigua como el tiempo, desde la antigüedad el uso de códigos secretos ha sido decisivo en el desarrollo de la historia. De hecho, incluso en el siglo XX la capacidad de los Aliados para romper la máquina Enigma con que los alemanes cifraban sus mensajes fue clave en la II Guerra Mundial, pero desde la aparición de la PKI en la segunda mitad del siglo vivíamos en una época dorada para los primeros, en la que se ha apoyado el desarrollo de las tecnologías de la información… hasta ahora.

Pero no todo está perdido, porque si la física cuántica puede suponer el fin de la PKI, también permite el desarrollo de un nuevo enfoque, la criptografía cuántica, siguiente paso en la evolución, que una vez desarrollada ofrecerá una seguridad inexpugnable, incluso con ordenadores cuánticos. O eso dicen. Cuanto menos, la lucha continúa.

Imagen: Patrick Hoesly, distribuida con licencia Creative Commons BY-2.0

Sobre el autor

Jorge Ordovás

Jorge Ordovás

Especialista en desarrollo de servicios TI, con más de 20 años de experiencia. Actualmente trabajo en el área de Innovación de Telefónica como corresponsable del Centro de Competencia de Blockchain, además de colaborar con Wayra y otras áreas de Telefónica. Me eligieron en 2017 en el Top 10 Influencers del sector Blockchain, así que te puedes hacer una idea de la temática sobre la que escribo compulsivamente...
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