¡°Puede ser peligroso que un Estado tenga un ordenador cu¨¢ntico sin que lo sepamos¡±

Gigantes tecnol¨®gicos como IBM, Microsoft, Intel o Google centran sus esfuerzos en liderar la batalla de la computaci¨®n cu¨¢ntica. Esta tecnolog¨ªa est¨¢ llamada a revolucionar la inform¨¢tica en el futuro por su extraordinaria capacidad de c¨¢lculo. Pero tambi¨¦n pone en riesgo los sistemas de cifrado actuales. ¡°La mera existencia del ordenador cu¨¢ntico, ya no como concepto sino como realidad experimental, supone que hay que abandonar las t¨¦cnicas de criptograf¨ªa convencional¡±, explica Juan Jos¨¦ Garc¨ªa Ripoll (Madrid, 1974), investigador del Instituto de F¨ªsica Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas.

Esta herramienta, ¡°potencialmente, puede descifrar las claves que estamos transmitiendo por Internet¡±. Es decir, alguien podr¨ªa almacenar toda esa informaci¨®n y en un futuro acceder a ella. Para Garc¨ªa Ripoll, ¡°que nuestras comunicaciones con el banco se intercepten ahora y se desencripten dentro de 10 a?os no es un problema¡±. Pero s¨ª lo es desde el punto de vista de Estados, de organizaciones gubernamentales, de defensa o de grandes empresas.

Hay pa¨ªses como China o Estados Unidos que invierten mucho dinero en esta investigaci¨®n. ¡°Puede ser peligroso que un Estado tenga un ordenador cu¨¢ntico, no lo sepamos y est¨¦ desencriptando las claves de todo el mundo¡±, afirma. Pese a que considera que esta situaci¨®n es ¡°improbable¡±, se?ala que ¡°es un riesgo lo suficientemente importante como para que Europa y otros pa¨ªses decidan invertir en el campo¡±.

Demostrar que algo no se puede hacer es a¨²n m¨¢s dif¨ªcil que demostrar que se puede hacer

La amenaza que supone la computaci¨®n cu¨¢ntica para los sistemas de cifrado actuales obligar¨¢ a crear nuevos algoritmos de cifrado capaces de resistir a estos ordenadores cu¨¢nticos. El investigador explica que hay dos rutas posibles. ¡°Una es buscar problemas matem¨¢ticos m¨¢s dif¨ªciles y demostrar que esos problemas no se pueden romper en un ordenador cu¨¢ntico. Eso parece bastante dif¨ªcil porque demostrar que algo no se puede hacer es a¨²n m¨¢s dif¨ªcil que demostrar que se puede hacer¡±, explica Garc¨ªa Ripoll, que forma parte del grupo de informaci¨®n cu¨¢ntica del Instituto de F¨ªsica Fundamental y ha sido uno de los ponentes en Ma?ana empieza hoy, un evento en el que expertos de diversas tem¨¢ticas han reflexionado sobre los retos del futuro pr¨®ximo.

La otra alternativa es apostar por lo que ya han comenzado a hacer China y algunos pa¨ªses en Europa: ¡°Implementar criptograf¨ªa cu¨¢ntica¡±. Es decir, ¡°transmitir claves utilizando sistemas cu¨¢nticos que sabemos que nadie puede interceptar porque en el momento en el que se interceptan, estropean las superposiciones que hemos creado y se puede saber que alguien ha mediado esa comunicaci¨®n que estamos intentando establecer¡±.

Telef¨®nica es la primera empresa en comprobar que es posible hacer criptograf¨ªa a trav¨¦s de la red comercial de fibra ¨®ptica

La criptograf¨ªa cu¨¢ntica ¡°es una realidad tecnol¨®gica ahora mismo¡±. En Espa?a, Telef¨®nica ha investigado en este ¨¢mbito: ¡°Ha demostrado que en principio es una soluci¨®n comercialmente viable. Es la primera empresa en comprobar que es posible hacer criptograf¨ªa a trav¨¦s de la red comercial de fibra ¨®ptica¡±. M¨¢s recientemente, el pasado 13 de junio, B¨¦lgica, Alemania, Italia, Luxemburgo, Malta, los Pa¨ªses Bajos y Espa?a firmaron una declaraci¨®n en la que acordaron explorar juntos durante el pr¨®ximo a?o c¨®mo desarrollar y desplegar una infraestructura de comunicaci¨®n cu¨¢ntica en toda la Uni¨®n Europea en los pr¨®ximos diez a?os.

Garc¨ªa Ripoll sostiene que tambi¨¦n es todo un reto conseguir un est¨¢ndar de certificaci¨®n para la criptograf¨ªa cu¨¢ntica: ¡°Qu¨¦ seguridad hay, c¨®mo medirla, c¨®mo comprobarla¡­ En este proceso de estandarizaci¨®n y certificaci¨®n tambi¨¦n existe la pregunta de en qu¨¦ pa¨ªses confiamos. Ahora mismo casi toda la criptograf¨ªa cu¨¢ntica comercial se desarrolla con componentes que vienen de China¡±, afirma. Con las recientes pol¨¦micas en las que se ha visto envuelto el pa¨ªs asi¨¢tico, el investigador explica que Europa tambi¨¦n se plantea si estas tecnolog¨ªas tienen que ser desarrolladas solo en el continente o en colaboraci¨®n con otros pa¨ªses como China, Estados Unidos o Canad¨¢.

El ordenador cu¨¢ntico todav¨ªa no es competitivo

La criptograf¨ªa cu¨¢ntica ¡°es algo que en corto plazo puede tener un impacto mucho mayor que la computaci¨®n cu¨¢ntica¡±. Pero a largo plazo se espera que las posibilidades de este tipo de computaci¨®n sean infinitas. Garc¨ªa Ripoll afirma que normalmente se tiende a pensar ¡°en el ordenador cu¨¢ntico como si fuese una evoluci¨®n del tradicional¡±: ¡°No es cierto porque ni siquiera tiene la misma arquitectura. Un ordenador cu¨¢ntico no tiene una memoria RAM, un disco duro y un procesador¡±.

Adem¨¢s, mientras que los ordenadores tradicionales usan bits, los cu¨¢nticos utilizan cubits. Los bits tradicionales guardan la informaci¨®n como 0 y 1. Los cubits, pueden ser 0 y 1 a la vez por un fen¨®meno conocido como superposici¨®n. De esta forma, la cantidad de informaci¨®n que se puede acumular crece de forma exponencial. Se espera que los ordenadores cu¨¢nticos resuelvan problemas diferentes a los que se enfrentar¨ªa uno tradicional.

¡°Son problemas muy fundamentales, no son los problemas que uno se encuentra en el d¨ªa a d¨ªa¡±, afirma Garc¨ªa Ripoll. Por ejemplo, se?ala que los ordenadores cu¨¢nticos podr¨ªan servir para buscar rutas para coches, el dise?o de mol¨¦culas o incluso para estudiar reacciones qu¨ªmicas. Tambi¨¦n para problemas espec¨ªficos y muy complejos en sectores como la medicina, los riesgos financieros o la ciencia de los materiales.

Los ordenadores cu¨¢nticos podr¨ªan servir para buscar rutas para coches, el dise?o de mol¨¦culas o incluso para estudiar reacciones qu¨ªmicas. Tambi¨¦n para problemas espec¨ªficos y muy complejos en sectores como la medicina, los riesgos financieros o la ciencia de los materiales

Pero por el momento, la investigaci¨®n se encuentra ¡°en una etapa muy preliminar¡±: ¡°El ordenador cu¨¢ntico todav¨ªa no es competitivo en el sentido de que todav¨ªa no es extremadamente r¨¢pido y fiable¡±. Los investigadores se centran principalmente en ¡°estudiar problemas modelo que se podr¨ªan resolver en un ordenador cu¨¢ntico m¨¢s grande¡±: ¡°?nicamente estamos comprobando que se pueden resolver¡±. Garc¨ªa Ripoll pone como ejemplo a Volkswagen, que est¨¢ explorando con diversas empresas problemas de optimizaci¨®n de tr¨¢fico. Tambi¨¦n se est¨¢n haciendo problemas de finanzas y an¨¢lisis de riesgo como ¡°simular c¨®mo una peque?a cartera de activos evoluciona en el tiempo¡±.

Computaci¨®n en la nube

No todo equipo de investigaci¨®n puede tener su propio ordenador cu¨¢ntico. Es habitual que utilicen los de grandes compa?¨ªas a trav¨¦s de la nube. IBM permite acceder a sus sistemas cu¨¢nticos desde 2016 a investigadores de todo el mundo. Hace apenas unas semanas el Consejo General de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC) e IBM anunciaron un acuerdo para impulsar la computaci¨®n cu¨¢ntica en Espa?a. Los cient¨ªficos del CSIC, entre ellos Garc¨ªa Ripoll, podr¨¢n hacer experimentos y probar sus algoritmos cu¨¢nticos sobre los sistemas IBM Q a trav¨¦s de la nube del gigante tecnol¨®gico estadounidense.

En el ¨¢mbito de la computaci¨®n cu¨¢ntica, Garc¨ªa Ripoll sostiene que hay dos cuestiones clave de las que todav¨ªa no se tiene respuesta. ¡°?Cu¨¢ndo un problema va a ser m¨¢s r¨¢pido de resolver en un ordenador cu¨¢ntico que en uno cl¨¢sico?¡±, se pregunta. Es lo que se llama la ventaja cu¨¢ntica. ¡°El reto inmediato a corto plazo es encontrar un problema que se resuelva m¨¢s r¨¢pido en un ordenador cu¨¢ntico y que se demuestre en un laboratorio¡±, afirma el investigador, que asegura que tambi¨¦n es importante conseguir fabricar ordenadores donde las superposiciones vivan m¨¢s tiempo.

¡°Los ordenadores cu¨¢nticos que hay son demasiado ruidosos¡±, sostiene. Un cubit puede estar en dos estados a la vez, pero esa superposici¨®n con el tiempo se deteriora y el sistema colapsa sobre uno de los dos estados de manera aleatoria por influencia del entorno. Esto se debe a que ¡°el ordenador cu¨¢ntico no est¨¢ aislado y est¨¢ atravesado por campos electromagn¨¦ticos que miden de forma muy lenta, pero destruyen el estado cu¨¢ntico que tenemos a trav¨¦s de esas medidas¡±: ¡°Se pierde la superposici¨®n en tiempos de 10 o 100 microsegundos¡±.

Hay una segunda cuesti¨®n a¨²n sin respuesta: ¡°?Hay problemas que no se van a resolver en un ordenador cu¨¢ntico?¡±. ¡°Es muy probable que s¨ª. Si todos los problemas se pudieran resolver de manera eficiente en un ordenador cu¨¢ntico, eso ser¨ªa un resultado brutal para la matem¨¢tica y la ciencia de la computaci¨®n. No se espera que eso ocurra¡±, responde acto seguido. Es posible, seg¨²n se?ala, que un ordenador cu¨¢ntico no pueda resolver un problema en el que tenga que encontrar, en vez de una ¨²nica soluci¨®n, todas las soluciones ¨®ptimas del mismo.

Lo ejemplifica de la siguiente manera: ¡°Tengo un cami¨®n o un conjunto de camiones que tienen que repartir todos estos paquetes por todas estas ciudades. Hay que encontrar las rutas ¨®ptimas en las que se tarde el m¨ªnimo tiempo, se gaste el m¨ªnimo combustible... A lo mejor te encuentro una, pero decir cu¨¢ntas rutas ¨®ptimas o iguales hay es un problema mucho m¨¢s exhaustivo. Esa diferencia en la pr¨¢ctica puede no ser ¨²til porque con tener una soluci¨®n ¨²til me vale, pero s¨ª define los l¨ªmites desde el punto de vista de las matem¨¢ticas a cualquier computacion que el ser humano pueda hacer¡±.