Por Nils Gerhardt, director de tecnología y responsable de productos de Utimaco
En pocas palabras: durante muchos años la computación cuántica ha sido una cuestión de “cuándo”, no de “si”.
La ciencia para utilizar los efectos predichos por la mecánica cuántica ha sido especulada desde 1959 y se formalizó en 1985, antes de que se construyera la primera computadora cuántica funcional en 1998.
En total, los últimos 40 años se han dedicado a superar los enormes obstáculos técnicos para crear un ordenador cuántico funcional. Se trata de una carrera por la "supremacía cuántica" que ha implicado principalmente la incorporación de cada vez más cúbits a lo largo del tiempo: de dos a más de 1.000 en la actualidad (el récord).
La cuestión importante que ha surgido tiene que ver con las implicaciones de seguridad de la computación cuántica: dado que son mucho más potentes que los ordenadores convencionales, podrían romper el cifrado que sustenta toda la seguridad digital actual. Esto no sucederá de inmediato, pero habrá que dar una serie de pasos hacia un futuro poscuántico antes de que podamos ver si la computación cuántica será una nueva tecnología transformadora, una amenaza importante o ambas cosas.
Dicho esto, es importante explorar cómo se desarrollarán probablemente las próximas décadas de desarrollo. No hay garantías en lo que respecta a la tecnología, pero podemos ver a partir de la historia y de los desafíos tecnológicos actuales que enfrentan las computadoras cuánticas existentes, qué obstáculos pueden surgir y cómo superarlos.
Preparación para la corrección de errores
El primer problema y el más urgente que deben resolver en el corto plazo los ordenadores cuánticos es la corrección de errores.
En la actualidad, se produce aproximadamente un "error de inversión de bit" en el que un cero se convierte accidentalmente en uno o viceversa por cada cien operaciones, lo que hace que la generación actual de computadoras cuánticas sea prácticamente inútil, especialmente en operaciones que requieren un uso intensivo de las matemáticas, como el descifrado de códigos. Estos errores tendrían que reducirse a uno en un billón para que las computadoras cuánticas fueran tan fiables como las computadoras tradicionales y, como señala IBM, existe un debate sobre si las tasas de error físico caerán alguna vez por debajo de uno en diez mil. Si este es el caso, será necesario encontrar soluciones alternativas; la más sencilla sería ejecutar cada operación varias veces y usar el resultado más común, aunque esto significaría tener computadoras cuánticas exponencialmente más grandes.
Otro desafío surge porque la corrección de errores también significaría reducir los factores externos que causan el ruido en primer lugar. A menudo, los bits cuánticos individuales que alimentan las computadoras cuánticas deben mantenerse cerca del cero absoluto para evitar que las temperaturas más altas interfieran con los átomos individuales que forman los cúbits. Estas vibraciones son la fuente de errores. Incluso las interacciones con átomos externos pueden alterar el estado increíblemente sensible de los cúbits, por lo que las computadoras cuánticas deben estar protegidas para evitar errores fatales. Hay computadoras diseñadas para operar en entornos extremos como el espacio que están reforzadas contra interferencias, y su diseño podría señalar el camino hacia cómo las computadoras cuánticas futuras deberán estar protegidas.
A corto plazo, resolver estos desafíos será el obstáculo técnico más importante para los desarrolladores de computadoras cuánticas.
Preparándose para la computación cuántica comercial
Una vez resuelto con éxito este primer desafío, ¿cómo podrían evolucionar las computadoras cuánticas?
Es evidente que un sistema con una cantidad enorme de cúbits mantenidos casi a cero absoluto con protección electromagnética como la que se usa en las estaciones espaciales no va a estar hoy en su escritorio, y mucho menos como un dispositivo portátil. Pero así es como se desarrollará el futuro de la computación cuántica, de manera similar al pasado de la computación convencional. Las computadoras cuánticas existirán como grandes mainframes en funciones principalmente gubernamentales, militares y de investigación.
Es probable que las aplicaciones comerciales sean accesibles a través de la nube, como las TPU de Google, aunque es probable que su uso sea costoso al principio y que solo estén disponibles para las grandes empresas. Esto significará que es poco probable que los grupos de piratas informáticos no estatales puedan acceder a ellas durante años o décadas, o al menos les resulte difícil hacerlo. Durante este tiempo, es probable que las únicas amenazas importantes de la computación cuántica sean hacia y desde los actores estatales y las empresas, como los contratistas de defensa, que trabajan con ellos. Hemos visto en conflictos anteriores que los estados atacan a las empresas de servicios públicos o incluso a las empresas privadas durante los conflictos, por lo que puede que no sea el caso de que solo las empresas gubernamentales y adyacentes a las fuerzas armadas deban preocuparse.
Sin embargo, esto no significa que los datos confidenciales de su empresa no estén en peligro. Por ejemplo, si un malhechor tomara una gran cantidad de datos cifrados de una empresa hoy, sería muy poco probable que pudiera descifrarlos: descifrar el cifrado RSA-2048 con un ordenador convencional llevaría aproximadamente 19,8 billones de años. Pero, cuando finalmente tengan acceso a la computación cuántica confiable, descifrar ese cifrado podría ser trivial.
El momento de prepararse para el futuro es hoy
Este último punto subraya por qué es esencial prepararse hoy para un futuro postcuántico.
No sabemos cuándo es probable que lleguen los ordenadores cuánticos comercialmente viables, pero cuando lo hagan, algunos de los datos que hoy no se podrían ver comprometidos serán vulnerables. Podrían ser detalles de cuentas bancarias que todavía se están utilizando, datos protegidos por patentes, datos sanitarios confidenciales o contraseñas que todavía se están utilizando.
Si los actores estatales tienen acceso a esta tecnología primero, entonces podrían falsificar datos más antiguos o crear identidades con "evidencia" que se remonte a años atrás.
Por eso es fundamental que las empresas que trabajan con cualquier tipo de datos de clientes comiencen a analizar lo que almacenan hoy y lo que podría valer mañana.