“Puede ser peligroso que un Estado tenga un ordenador cuántico sin que lo sepamos”

Gigantes tecnológicos como IBM, Microsoft, Intel o Google centran sus esfuerzos en liderar la batalla de la computación cuántica. Esta tecnología está llamada a revolucionar la informática en el futuro por su extraordinaria capacidad de cálculo. Pero también pone en riesgo los sistemas de cifrado actuales. “La mera existencia del ordenador cuántico, ya no como concepto sino como realidad experimental, supone que hay que abandonar las técnicas de criptografía convencional”, explica Juan José García Ripoll (Madrid, 1974), investigador del Instituto de Física Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

Esta herramienta, “potencialmente, puede descifrar las claves que estamos transmitiendo por Internet”. Es decir, alguien podría almacenar toda esa información y en un futuro acceder a ella. Para García Ripoll, “que nuestras comunicaciones con el banco se intercepten ahora y se desencripten dentro de 10 años no es un problema”. Pero sí lo es desde el punto de vista de Estados, de organizaciones gubernamentales, de defensa o de grandes empresas.

Hay países como China o Estados Unidos que invierten mucho dinero en esta investigación. “Puede ser peligroso que un Estado tenga un ordenador cuántico, no lo sepamos y esté desencriptando las claves de todo el mundo”, afirma. Pese a que considera que esta situación es “improbable”, señala que “es un riesgo lo suficientemente importante como para que Europa y otros países decidan invertir en el campo”.

Demostrar que algo no se puede hacer es aún más difícil que demostrar que se puede hacer

La amenaza que supone la computación cuántica para los sistemas de cifrado actuales obligará a crear nuevos algoritmos de cifrado capaces de resistir a estos ordenadores cuánticos. El investigador explica que hay dos rutas posibles. “Una es buscar problemas matemáticos más difíciles y demostrar que esos problemas no se pueden romper en un ordenador cuántico. Eso parece bastante difícil porque demostrar que algo no se puede hacer es aún más difícil que demostrar que se puede hacer”, explica García Ripoll, que forma parte del grupo de información cuántica del Instituto de Física Fundamental y ha sido uno de los ponentes en Mañana empieza hoy, un evento en el que expertos de diversas temáticas han reflexionado sobre los retos del futuro próximo.

La otra alternativa es apostar por lo que ya han comenzado a hacer China y algunos países en Europa: “Implementar criptografía cuántica”. Es decir, “transmitir claves utilizando sistemas cuánticos 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 comunicación que estamos intentando establecer”.

Telefónica es la primera empresa en comprobar que es posible hacer criptografía a través de la red comercial de fibra óptica

La criptografía cuántica “es una realidad tecnológica ahora mismo”. En España, Telefónica ha investigado en este ámbito: “Ha demostrado que en principio es una solución comercialmente viable. Es la primera empresa en comprobar que es posible hacer criptografía a través de la red comercial de fibra óptica”. Más recientemente, el pasado 13 de junio, Bélgica, Alemania, Italia, Luxemburgo, Malta, los Países Bajos y España firmaron una declaración en la que acordaron explorar juntos durante el próximo año cómo desarrollar y desplegar una infraestructura de comunicación cuántica en toda la Unión Europea en los próximos diez años.

García Ripoll sostiene que también es todo un reto conseguir un estándar de certificación para la criptografía cuántica: “Qué seguridad hay, cómo medirla, cómo comprobarla… En este proceso de estandarización y certificación también existe la pregunta de en qué países confiamos. Ahora mismo casi toda la criptografía cuántica comercial se desarrolla con componentes que vienen de China”, afirma. Con las recientes polémicas en las que se ha visto envuelto el país asiático, el investigador explica que Europa también se plantea si estas tecnologías tienen que ser desarrolladas solo en el continente o en colaboración con otros países como China, Estados Unidos o Canadá.

El ordenador cuántico todavía no es competitivo

La criptografía cuántica “es algo que en corto plazo puede tener un impacto mucho mayor que la computación cuántica”. Pero a largo plazo se espera que las posibilidades de este tipo de computación sean infinitas. García Ripoll afirma que normalmente se tiende a pensar “en el ordenador cuántico como si fuese una evolución del tradicional”: “No es cierto porque ni siquiera tiene la misma arquitectura. Un ordenador cuántico no tiene una memoria RAM, un disco duro y un procesador”.

Además, mientras que los ordenadores tradicionales usan bits, los cuánticos utilizan cubits. Los bits tradicionales guardan la información como 0 y 1. Los cubits, pueden ser 0 y 1 a la vez por un fenómeno conocido como superposición. De esta forma, la cantidad de información que se puede acumular crece de forma exponencial. Se espera que los ordenadores cuánticos resuelvan problemas diferentes a los que se enfrentaría uno tradicional.

“Son problemas muy fundamentales, no son los problemas que uno se encuentra en el día a día”, afirma García Ripoll. Por ejemplo, señala que los ordenadores cuánticos podrían servir para buscar rutas para coches, el diseño de moléculas o incluso para estudiar reacciones químicas. También para problemas específicos y muy complejos en sectores como la medicina, los riesgos financieros o la ciencia de los materiales.

Los ordenadores cuánticos podrían servir para buscar rutas para coches, el diseño de moléculas o incluso para estudiar reacciones químicas. También para problemas específicos y muy complejos en sectores como la medicina, los riesgos financieros o la ciencia de los materiales

Pero por el momento, la investigación se encuentra “en una etapa muy preliminar”: “El ordenador cuántico todavía no es competitivo en el sentido de que todavía no es extremadamente rápido y fiable”. Los investigadores se centran principalmente en “estudiar problemas modelo que se podrían resolver en un ordenador cuántico más grande”: “Únicamente estamos comprobando que se pueden resolver”. García Ripoll pone como ejemplo a Volkswagen, que está explorando con diversas empresas problemas de optimización de tráfico. También se están haciendo problemas de finanzas y análisis de riesgo como “simular cómo una pequeña cartera de activos evoluciona en el tiempo”.

Computación en la nube

No todo equipo de investigación puede tener su propio ordenador cuántico. Es habitual que utilicen los de grandes compañías a través de la nube. IBM permite acceder a sus sistemas cuánticos desde 2016 a investigadores de todo el mundo. Hace apenas unas semanas el Consejo General de Investigaciones Científicas (CSIC) e IBM anunciaron un acuerdo para impulsar la computación cuántica en España. Los científicos del CSIC, entre ellos García Ripoll, podrán hacer experimentos y probar sus algoritmos cuánticos sobre los sistemas IBM Q a través de la nube del gigante tecnológico estadounidense.

En el ámbito de la computación cuántica, García Ripoll sostiene que hay dos cuestiones clave de las que todavía no se tiene respuesta. “¿Cuándo un problema va a ser más rápido de resolver en un ordenador cuántico que en uno clásico?”, se pregunta. Es lo que se llama la ventaja cuántica. “El reto inmediato a corto plazo es encontrar un problema que se resuelva más rápido en un ordenador cuántico y que se demuestre en un laboratorio”, afirma el investigador, que asegura que también es importante conseguir fabricar ordenadores donde las superposiciones vivan más tiempo.

“Los ordenadores cuánticos que hay son demasiado ruidosos”, sostiene. Un cubit puede estar en dos estados a la vez, pero esa superposición 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 cuántico no está aislado y está atravesado por campos electromagnéticos que miden de forma muy lenta, pero destruyen el estado cuántico que tenemos a través de esas medidas”: “Se pierde la superposición en tiempos de 10 o 100 microsegundos”.

Hay una segunda cuestión aún sin respuesta: “¿Hay problemas que no se van a resolver en un ordenador cuántico?”. “Es muy probable que sí. Si todos los problemas se pudieran resolver de manera eficiente en un ordenador cuántico, eso sería un resultado brutal para la matemática y la ciencia de la computación. No se espera que eso ocurra”, responde acto seguido. Es posible, según señala, que un ordenador cuántico no pueda resolver un problema en el que tenga que encontrar, en vez de una única solución, todas las soluciones óptimas del mismo.

Lo ejemplifica de la siguiente manera: “Tengo un camión o un conjunto de camiones que tienen que repartir todos estos paquetes por todas estas ciudades. Hay que encontrar las rutas óptimas en las que se tarde el mínimo tiempo, se gaste el mínimo combustible... A lo mejor te encuentro una, pero decir cuántas rutas óptimas o iguales hay es un problema mucho más exhaustivo. Esa diferencia en la práctica puede no ser útil porque con tener una solución útil me vale, pero sí define los límites desde el punto de vista de las matemáticas a cualquier computacion que el ser humano pueda hacer”.