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La computación cuántica se ha mantenido en la cúspide de una revolución tecnológica durante la mayor parte de la última década. Sin embargo, el avance prometido todavía no parece más cercano que hace unos años. Mientras tanto, incluso cuando las inversiones siguen fluyendo, los expertos plantean preguntas incómodas sobre si representa el fin de la privacidad en línea tal como la conocemos. Entonces, ¿qué es la computación cuántica, en qué se diferencia de las computadoras tradicionales y por qué los investigadores hacen sonar la alarma al respecto? Intentaremos responder a todas esas preguntas hoy..
¿Qué es la computación cuántica y cómo amenaza la ciberseguridad?
Si bien las computadoras cuánticas de hoy en día nos han dado una idea de lo que la tecnología es capaz de hacer, todavía no se ha acercado a su máximo potencial. Aún así, es la promesa de un poder desenfrenado lo que está provocando los problemas de los profesionales de la ciberseguridad. Hoy, aprenderemos más sobre esas preocupaciones y los pasos que están tomando los investigadores para abordarlas. Entonces, sin más preámbulos, veamos qué son las computadoras cuánticas, cómo funcionan y qué están haciendo los investigadores para asegurarse de que no sean las pesadillas de seguridad. Tabla de contenido + -
¿Qué es la Computación Cuántica??
Las computadoras cuánticas son máquinas que utilizan las propiedades de la mecánica cuántica., como superposición y entrelazamiento, para resolver problemas complejos. Por lo general, brindan cantidades masivas de potencia de procesamiento que es un orden de magnitud mayor que incluso las supercomputadoras modernas más grandes y poderosas. Esto les permite resolver ciertos problemas computacionales, como la factorización de enteros, sustancialmente más rápido que las computadoras normales..
Presentado en 2019, se dice que el procesador Sycamore de 53 qubit de Google ha logrado la supremacía cuántica, superando los límites de lo que la tecnología puede hacer. Según se informa, puede hacer en tres minutos lo que una computadora clásica tardaría alrededor de 10,000 años en completarse. Si bien esto promete grandes avances para los investigadores en muchos campos, también ha planteado preguntas incómodas sobre la privacidad que los científicos ahora se esfuerzan por abordar..
Diferencia entre computadoras cuánticas y computadoras tradicionales
La primera y mayor diferencia entre las computadoras cuánticas y las computadoras tradicionales está en la forma en que codifican la información. Mientras que el último codifica información en 'bits' binarios que pueden ser 0 o 1, en las computadoras cuánticas, la unidad básica de memoria es un bit cuántico, o 'qubit', cuyo valor puede ser '1' o '0', o '1 Y 0' simultáneamente. Esto se hace por 'superposición', el principio fundamental de la mecánica cuántica que describe cómo las partículas cuánticas pueden viajar en el tiempo, existir en múltiples lugares a la vez e incluso teletransportarse..
La superposición permite que dos qubits representen cuatro escenarios al mismo tiempo en lugar de analizar un '1' o un '0' secuencialmente. La capacidad de tomar varios valores al mismo tiempo es la razón principal por la que los qubits reducen significativamente el tiempo necesario para procesar un conjunto de datos o realizar cálculos complejos..
Otra gran diferencia entre las computadoras cuánticas y las computadoras convencionales es la ausencia de cualquier lenguaje de computación cuántica per se. En la computación clásica, la programación depende del lenguaje de la computadora (Y, O, NO), pero con las computadoras cuánticas, no existe tal lujo. Eso es porque, a diferencia de las computadoras normales, no tienen procesador ni memoria como la conocemos. En cambio, solo hay un grupo de qubits para escribir información sin ninguna arquitectura de hardware complicada, a diferencia de las computadoras convencionales..
Básicamente, son máquinas relativamente simples en comparación con las computadoras tradicionales, pero aún pueden ofrecer una gran cantidad de energía que se puede aprovechar para resolver problemas muy específicos. Con las computadoras cuánticas, los investigadores suelen utilizar algoritmos (modelos matemáticos que también funcionan en computadoras clásicas) que pueden proporcionar soluciones a problemas lineales. Sin embargo, estas máquinas no son tan versátiles como las computadoras convencionales y no son adecuadas para las tareas del día a día..
Aplicaciones potenciales de la computación cuántica
La computación cuántica todavía no es el producto maduro que algunos creían que sería para fines de la última década. Sin embargo, todavía ofrece algunos casos de uso fascinantes, especialmente para programas que admiten una aceleración cuántica polinomial. El mejor ejemplo de eso es la búsqueda no estructurada, que implica encontrar un elemento específico en una base de datos..
Muchos también creen que uno de los casos de uso más importantes de la computación cuántica será la simulación cuántica, que es difícil de estudiar en el laboratorio e imposible de modelar con una supercomputadora. Esto debería, en teoría, ayudar a los avances tanto en química como en nanotecnología, aunque la tecnología en sí todavía no está lista..
Otra área que puede beneficiarse de los avances en la computación cuántica es el aprendizaje automático. Si bien la investigación en esa área aún está en curso, los defensores de la computación cuántica creen que la naturaleza algebraica lineal de la computación cuántica permitirá a los investigadores desarrollar algoritmos cuánticos que pueden acelerar las tareas de aprendizaje automático..
Esto nos lleva al caso de uso más notable de las computadoras cuánticas: la criptografía. La increíble velocidad con la que las computadoras cuánticas pueden resolver problemas lineales se ilustra mejor en la forma en que pueden descifrar la criptografía de clave pública. Esto se debe a que una computadora cuántica podría resolver de manera eficiente el problema de la factorización de enteros, el problema del logaritmo discreto y el problema del logaritmo discreto de curva elíptica, que en conjunto sustentan la seguridad de casi todos los sistemas criptográficos de clave pública..
¿Es la computación cuántica el fin de la privacidad digital??
Se cree que los tres algoritmos criptográficos mencionados anteriormente son computacionalmente inviables con supercomputadoras tradicionales y, por lo general, se utilizan para cifrar páginas web seguras, correo electrónico cifrado y otros tipos de datos. Sin embargo, eso cambia con las computadoras cuánticas, que pueden, en teoría, resolver todos estos problemas complejos utilizando el algoritmo de Shor, esencialmente haciendo que el cifrado moderno sea insuficiente frente a posibles ataques..
El hecho de que las computadoras cuánticas puedan romper todo el cifrado digital tradicional podría tener consecuencias significativas en la privacidad y seguridad electrónica de ciudadanos, gobiernos y empresas. Una computadora cuántica podría descifrar de manera eficiente una clave RSA de 3.072 bits, una clave AES de 128 bits o una clave de curva elíptica de 256 bits, ya que puede encontrar fácilmente sus factores reduciéndolos esencialmente a solo 26 bits..
Mientras que una clave de 128 bits es virtualmente imposible de descifrar dentro de un período de tiempo factible, incluso para las supercomputadoras más poderosas, una clave de 26 bits podría descifrarse fácilmente usando una PC doméstica normal. Lo que eso significa es que todo el cifrado utilizado por bancos, hospitales y agencias gubernamentales se reducirá a cero si los actores malintencionados, incluidos los estados nacionales deshonestos, pueden construir computadoras cuánticas que sean lo suficientemente grandes y estables para respaldar sus nefastos planes..
Sin embargo, no todo es pesimismo para la seguridad digital global. Las computadoras cuánticas existentes carecen de la potencia de procesamiento para romper cualquier algoritmo criptográfico real, por lo que sus datos bancarios aún están a salvo de ataques de fuerza bruta por ahora. Además, los científicos también están aprovechando la misma capacidad que potencialmente puede diezmar toda la criptografía de clave pública moderna para crear una nueva 'criptografía post-cuántica' a prueba de piratería que podría cambiar el panorama de la seguridad de los datos en los próximos años..
Por ahora, se cree que muchos algoritmos de cifrado de clave pública conocidos están protegidos contra ataques de computadoras cuánticas. Eso incluye IEEE Std 1363.1 y OASIS KMIP, los cuales ya describen algoritmos cuánticos seguros. Las organizaciones también pueden evitar posibles ataques de computadoras cuánticas cambiando a AES-256, que ofrece un nivel adecuado de seguridad contra las computadoras cuánticas..
Desafíos que impiden una revolución cuántica
A pesar de su enorme potencial, las computadoras cuánticas se han mantenido como una tecnología de 'próxima generación' durante décadas sin pasar a una solución viable para uso general. Existen múltiples razones para ello, y abordar la mayoría de ellas hasta ahora ha demostrado estar más allá de la tecnología moderna..
En primer lugar, la mayoría Las computadoras cuánticas solo pueden funcionar a una temperatura de -273 ° C (-459 ° F), una fracción de grado por encima del cero absoluto (0 grados Kelvin). Como si eso no fuera suficiente, requiere una presión atmosférica casi nula y debe aislarse del campo magnético de la Tierra..
Si bien alcanzar esas temperaturas sobrenaturales en sí mismo es un desafío enorme, también presenta otro problema. Los componentes electrónicos necesarios para controlar los qubits no funcionan en condiciones tan frías y deben mantenerse en un lugar más cálido. Conectarlos con cableado a prueba de temperatura funciona para los chips cuánticos rudimentarios que se utilizan hoy en día, pero a medida que la tecnología evoluciona, se espera que la complejidad del cableado se convierta en un desafío enorme..
A fin de cuentas, los científicos tendrán que encontrar una manera de hacer que las computadoras cuánticas funcionen a temperaturas más razonables para escalar la tecnología para uso comercial. Afortunadamente, los físicos ya están trabajando en eso, y el año pasado, dos grupos de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia y QuTech en Delft, Países Bajos, publicaron artículos que afirman haber creado computadoras cuánticas basadas en silicio que funcionan a pleno rendimiento. grado por encima del cero absoluto.
No suena mucho para el resto de nosotros, pero está siendo aclamado como un gran avance por los físicos cuánticos, quienes creen que potencialmente podría presagiar una nueva era en la tecnología. Esto se debe a que la temperatura (ligeramente) más cálida permitiría que los qubits y la electrónica se unieran como circuitos integrados tradicionales, lo que podría hacerlos más potentes..
Potentes computadoras cuánticas que debe conocer
Junto con el procesador Sycamore de 53 qubits mencionado anteriormente, Google también mostró un procesador cuántico basado en compuerta llamado 'Bristlecone' en la reunión anual de la American Physical Society en Los Ángeles en 2018. La compañía cree que el chip es capaz de finalmente traer el poder de la computación cuántica a la corriente principal al resolver 'problemas del mundo real'. 
IBM también presentó su primera computadora cuántica, la Q, en 2019, con la promesa de habilitar 'computadoras cuánticas universales' que podrían operar fuera del laboratorio de investigación por primera vez. Descrito como el primer sistema de computación cuántica integrado del mundo para uso comercial, está diseñado para resolver problemas más allá del alcance de las computadoras clásicas en áreas como servicios financieros, productos farmacéuticos e inteligencia artificial.. 
Honeywell International también ha anunciado su propia computadora cuántica. La compañía anunció en junio pasado que había creado la 'computadora cuántica más poderosa del mundo'. Con un volumen cuántico de 64, se dice que la computadora cuántica de Honeywell es dos veces más poderosa que su competidor más cercano, lo que podría sacar la tecnología de los laboratorios para resolver problemas computacionales del mundo real que no son prácticos para resolver con computadoras tradicionales..
Computación cuántica: el comienzo de una nueva era o una amenaza para la privacidad digital?
La diferencia entre las computadoras cuánticas y las computadoras tradicionales es tan enorme que es posible que las primeras no reemplacen a las últimas en el corto plazo. Sin embargo, con la corrección de errores adecuada y una mejor eficiencia energética, con suerte podríamos ver un uso más ubicuo de las computadoras cuánticas en el futuro. Y cuando eso suceda, será interesante ver si significará el fin de la seguridad digital tal como la conocemos o marcará el comienzo de un nuevo amanecer en la criptografía digital..
Entonces, ¿espera que las computadoras cuánticas se vuelvan (relativamente) más ubicuas en el corto plazo? ¿O está destinado a seguir siendo experimental en el futuro previsible? Háganos saber en los comentarios a continuación. Además, si desea obtener más información sobre el cifrado y la criptografía, consulte nuestros artículos vinculados a continuación:
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