La computación cuántica, aún en sus primeras etapas, capta la atención de científicos y empresas de todo el mundo. Willow, el último avance de Google, con 105 cúbits a su disposición, ha demostrado que la reducción de errores, una de las mayores barreras en la computación cuántica, puede lograrse mientras se aumenta la escala de los sistemas.
Cúbits y corrección de errores: el núcleo de Willow
Los cúbits, elementos fundamentales de la computación cuántica, poseen una peculiaridad que los distingue de los bits tradicionales: pueden existir en estados de superposición, representando simultáneamente valores de 0 y 1. Sin embargo, esta capacidad única viene acompañada de escollos inherentes, como la alta susceptibilidad a errores debido a las interacciones con su entorno.
Pero Google ha demostrado que, al incrementar la cantidad de cúbits en una estructura organizada, se pueden reducir los errores. Pasando de una configuración de 3×3 cúbits codificados a una de 7×7, lograron disminuir las tasas de error exponencialmente, estableciendo un precedente en la corrección de errores en sistemas cuánticos superconductores.
Para validar su rendimiento, Willow fue sometido al método de muestreo aleatorio de circuitos, un estándar que desafía la capacidad de los ordenadores cuánticos para superar las limitaciones de los sistemas clásicos. En una tarea que habría tomado 10 septillones de años a una computadora tradicional, Willow completó el cálculo en apenas cinco minutos.
¿Qué sucederá con la criptografía moderna?
El potencial de la computación cuántica de alterar los actuales sistemas de cifrado plantea un preocupante dilema. Algoritmos como el de Shor, capaces de factorizar números primos de manera extremadamente eficiente, amenazan con desmantelar esquemas de seguridad esenciales como RSA y los intercambios de claves Diffie-Hellman.
Aunque todavía se requieren miles de cúbits funcionales para que estos algoritmos sean plenamente efectivos, el avance de Willow resalta la necesidad de prepararse para un futuro en el que los sistemas cuánticos puedan romper las actuales barreras de seguridad digital.
¿Y en Bitcoin?
En el caso concreto de Bitcoin, la computación cuántica representa una posible amenaza para su seguridad, ya que podría comprometer los sistemas criptográficos que protegen las transacciones y los fondos de los usuarios.
Bitcoin utiliza principalmente dos algoritmos criptográficos: SHA-256 para el proceso de minería y el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) para la generación de claves públicas y privadas. Se estima que una computadora cuántica suficientemente avanzada podría derivar una clave privada a partir de una clave pública, permitiendo acceder a los fondos asociados.
Aunque Willow no poseen la capacidad necesaria para realizar tales ataques, se proyecta que en las próximas décadas podrían desarrollarse máquinas con miles de cúbits, suficientes para comprometer la seguridad de Bitcoin.
Para mitigar este riesgo, la comunidad de Bitcoin está investigando soluciones como la implementación de criptografía post-cuántica, diseñada para ser resistente a los ataques de computadoras cuánticas. Propuestas como la BIP-360 pretenden preparar a Bitcoin para la resistencia contra la computación cuántica.
Además, se están considerando actualizaciones en la infraestructura de Bitcoin para incorporar algoritmos de seguridad que puedan contrarrestar las capacidades de la computación cuántica. Hay que tener en cuenta que la tecnología avanza en todas las direcciones.
Según recientes estudios, para atacar de manera efectiva el algoritmo ECDSA de Bitcoin, se requerirían unos 1500 cúbits lógicos perfectamente funcionales, lo cual implica una cantidad mucho mayor de cúbits físicos debido a la necesidad de implementar corrección de errores cuánticos.
Esto es porque los cúbits lógicos representan cúbits que son estables y funcionales, mientras que los cúbits físicos son los que efectivamente se encuentran en un sistema cuántico, pero están sujetos a errores. Según las actuales proyecciones, un sistema cuántico capaz de generar esos 1500 cúbits lógicos necesitaría cientos de miles o incluso millones de cúbits físicos, dependiendo de la eficiencia de los algoritmos de corrección de errores utilizados.
Investigaciones y posibles soluciones
Para contrarrestar este riesgo, organizaciones como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) trabajan en el desarrollo de resistentes algoritmos criptográficos a sistemas cuánticos. Estas nuevas soluciones, basadas en complejos problemas matemáticos, pretenden garantizar la seguridad en un mundo donde la computación cuántica sea una realidad cotidiana.
Aunque todavía estamos lejos de computadoras cuánticas prácticas y accesibles, el progreso observado con Willow hace pensar que el horizonte cuántico puede estar más cerca de lo que muchos imaginaban.