La computación cuántica está llamada a revolucionar la informática.

¿Qué es?

Esta rama de la informática se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico.

¿Qué es un Qubit?

La informática cuántica utiliza como unidad básica de información el qubit en lugar del bit convencional. La principal característica de este sistema alternativo es que admite la superposición coherente de unos y ceros, los dígitos del sistema binario sobre los que gira toda la computación, a diferencia del bit, que solo puede adoptar un valor al mismo tiempo —uno o cero—.

Esta particularidad de la tecnología cuántica hace que un qubit pueda ser cero y uno a la vez, y además en distinta proporción. La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado.

Quantum key distribution (QKD)

La integración de estos sistemas QKD en la infraestructura de red existente es el desafío actual y equipos multidisciplinarios de fabricantes de equipos de telecomunicaciones, proveedores de infraestructura crítica, operadores de red, proveedores de equipos QKD, profesionales de seguridad digital y científicos están trabajando en esto.

QKD proporciona una forma de distribuir y compartir claves secretas que son necesarias para los protocolos criptográficos. La importancia aquí radica en garantizar que sigan siendo privados, es decir, entre las partes que se comunican. Para hacer esto, nos basamos en lo que alguna vez se consideró el problema de los sistemas cuánticos; si los «mira», o los perturba de alguna manera, «rompe» las características cuánticas.

¿Cómo funciona?

QKD funciona transmitiendo millones de partículas de luz polarizada (fotones) a través de un cable de fibra óptica de una entidad a otra. Cada fotón tiene un estado cuántico aleatorio y, colectivamente, todos los fotones crean un flujo de bits de unos y ceros. Cuando los fotones llegan al punto final, el receptor usa divisores de haz (horizontal / vertical y diagonal) para «leer» la polarización de cada fotón. El receptor no sabe qué divisor de haz usar para cada fotón y tiene que adivinar cuál usar. Después de que el receptor le dice al remitente qué divisor de haz se usó para cada uno de los fotones en la secuencia en la que fueron enviados, el remitente compara esa información con la secuencia de polarizadores usados para enviar los fotones. Los fotones que se leyeron utilizando el divisor de haz incorrecto se descartan y la secuencia de bits resultante se convierte en una clave óptica única que se puede utilizar para cifrar datos.

¿Cuál es el futuro de la distribución de claves cuánticas?

A medida que la tecnología mejore, se continuará avanzando hacia la superación de los desafíos planteados por QKD, aumentando las posibilidades de que QKD sea una corriente principal y esté disponible para quienes lo necesiten, donde lo necesiten. Empresas como Quantum Xchange reconocen el potencial de la tecnología para preparar nuestro cifrado para el futuro, y están invirtiendo mucho tiempo y energía en él.

¿Qué hace que QKD sea irrompible?

La seguridad de QKD se deriva de la capacidad de detectar cualquier intrusión en la transmisión de QKD. Debido a las propiedades únicas y frágiles de los fotones, cualquier tercero (o espía) que intente leer o copiar los fotones de alguna manera cambiará el estado de los fotones.

Los endpoints detectarán el cambio y les alertarán de que la clave ha sido manipulada y debe descartarse. Luego se transmite una nueva clave. Además, dado que las claves generadas son verdaderamente aleatorias, están protegidas de futuros intentos de piratería.

¿Puede la informática cuántica ser también una amenaza para la ciberseguridad?

Pero de la misma forma que la criptografía cuántica puede reforzar la ciberseguridad en las transmisiones de información, la informática cuántica también puede emplearse en sentido contrario, es decir, para romper las claves criptográficas que se emplean en la actualidad.

Por ejemplo, el sistema de cifrado RSA de 2.084 bits es capaz de generar claves de 617 dígitos decimales, para lo que se multiplican dos números primos muy elevados, la cifra resultante hace virtualmente imposible descifrar la clave utilizando un método inverso; un ordenador actual tardaría miles de años en solucionarlo, debido al enorme número de permutaciones existentes. Pero gracias a los cúbits de las computadoras cuánticas y su capacidad de representar diferentes estados al mismo tiempo, así como la creación de algoritmos cuánticos (como el de Shor), estas máquinas podrían reducir notablemente el tiempo que tardarían en resolver la clave. Aunque, eso sí, necesitarían una capacidad de procesamiento que actualmente no tienen, pero de cara al futuro la cosa cambiaría.