Esta tecnología podría ser la respuesta a nuestros problemas de ciberseguridad

La computación cuántica parece ser, junto con inteligencia artificial, una de las apuestas en tecnología más populares por estos días. Google, la NASA, la CIA, la Agencia Espacial Europea, la de China, los gobiernos de Rusia, Canadá y Australia: todos están invirtiendo fuertemente en desarrollar computadores cuánticos. ¿Por qué tanto alboroto?

Porque la computación, tal y como la conocemos, se está comenzando a aproximar a sus límites físicos por cuenta de la reducción en el tamaño de los microprocesadores: cada vez son más pequeños y más poderosos. Esta relación es conocida popularmente como la Ley de Moore. (Lea "Gordon Moore, el guía espiritual")

Para 1965 un doctor en Física Química llamado Gordon Moore predijo que la cantidad de transistores que caben en un microchip se duplicaría cada año durante 10 años, hasta 1975. La predicción se cumplió y llegado este momento, el mismo científico actualizó sus cálculos (que para entonces ya se llamaban la ley de Moore) y estimó que el tiempo en el que se duplicada la cantidad de transistores que contiene un microchip sería de dos años, en vez de uno. Algunos sostienen que en la actualidad este tiempo puede ser de 18 meses, pero en el fondo lo que la ley hizo fue establecer una cierta base teórica sobre la cual despegó toda una industria y, de la mano de esta, un desarrollo sin precedente en una larga lista de profesiones que se beneficiaron de la era de la computación.

El mayor problema actual con la ley de Moore es que ésta se encuentra íntimamente relacionada con la materia, con los límites de esta: hay un punto en el que puede resultar imposible seguir imprimiendo transistores en una placa de silicio, un trabajo en miniatura que se enfrentaría con las barreras del átomo. Ese límite ha comenzado a aparecer cada vez con más fuerza en la industria actual, pero, además de despertar una suerte de preocupación, ha sido el punto de arranque de investigaciones en nuevas direcciones para tratar de continuar incrementando la capacidad de computación, pero haciéndole el quite a los límites físicos de seguir construyendo en miniatura.

Uno de los obstáculos con los que se han encontrado los investigadores es que, a la escala en la que se trabaja actualmente, los conductores de la corriente en el procesador comenzaron a mostrar resistencia a ésta. Y este es un asunto mayor porque sin este tipo de transmisión eléctrica simplemente no hay procesamiento alguno.

Y aquí entra la computación cuántica, que descansa sobre teorías que podrían incrementar drásticamente el poder de procesamiento de una máquina.

En un computador clásico, por llamarlo de alguna forma, la información se procesa en bits, que toman uno de dos estados, 0 o 1, en binario. En una máquina cuántica, los bits cuánticos, qubits, pueden tomar más de una posición al tiempo y no estarían limitados a ser ceros o unos, sino que podrían ser ambos al mismo tiempo.

Este fenómeno se conoce como superposición y podría, al menos teóricamente, incrementar la capacidad de procesamiento de manera drástica, lo que a su vez le daría un respiro a todo el modelo de Ley de Moore.

Además de la computación cuántica, otros esfuerzos para superar el cuello de botella de la Ley de Moore tienen que ver con el rediseño del procesador como tal. Por ejemplo, el brazo de investigación de IBM probó un microprocesador en el que los conductos que transportan la corriente tienen apenas siete nanómetros de ancho; actualmente esta medida es de 14, aunque a nivel industrial se está trabajando en la fabricación de chips con 10 nanómetros. Se calcula que un cabello humano tiene entre 80.000 y 100.000 nanómetros de ancho.

¿Qué significa esto? Que entre más angostos son estos canales de conducción eléctrica, más transistores caben en un procesador y, así, hay más poder de computación disponible; el transistor es la unidad básica en un micrpochip. Siguiendo la Ley de Moore, en 1975 un microchip podía albergar 65 mil transistores y en 1985 ya contaba con 16 millones de éstos. El prototipo de IBM podría incluir 20 mil millones.

Tener computadores más poderosos trae ventajas que, quizá sin ser obvias, sí podrían ser vitales en tareas de procesamiento intenso, como la realización de modelos en genética, por ejemplo.

Pero también puede tener implicaciones colaterales que no son deseables, paradójicamente, para la misma computación. En el campo de ciberseguridad podría significar que máquinas más poderosas pueden romper más fácilmente los protocolos de cifrado que hoy protegen la información personal de millones de personas, así como las transacciones de las cuales depende el sistema financiero mundial, entre otros sistemas críticos. (Lea "Entérese para qué sirve y cuál es la importancia del cifrado")

La respuesta ante este desafío parece residir en la misma mecánica cuántica, pero esta vez en otro fenómeno conocido como entrelazamiento y que, en pocas palabras, es la posibilidad de que dos partículas subatómicas tengan el mismo estado, sin importar la distancia que las separa.

Es algo así como si una partícula fuera gemela de la otra, sin importar la posición en el espacio que ocupen, si están cerca o lejos. Lo que le pasa a la una afecta directamente a la otra.

Esto quiere decir que en una transmisión de información, la alteración de una partícula inmediatamente lo haría con la otra, lo que delataría un ataque o una intromisión no deseada. O sea, intervenir comunicaciones sería técnicamente imposible de emplearse esta técnica.

Esta rama de la investigación se conoce como cifrado cuántico o distribución de claves cuánticas y utiliza fotones (las partículas de la luz) para el transporte de información.

Y, al igual que en la computación, la seguridad basada en la mecánica cuántica es un asunto que ha ganado la atención de empresas y gobiernos por igual. Este martes, la agencia espacial china realizó el lanzamiento del primer satélite de comunicaciones cuánticas con el objetivo de probar la transmisión de datos entre la Tierra y el espacio utilizando esta tecnología.

Además de sus experimentos espaciales, el gobierno chino también está construyendo una red de transmisión cuántica de información que funcionará entre Beijing y Shanghai, un proyecto que podría completarse a finales de este año y que recorre 2.000 kilómetros.

Además de estas pruebas, el satélite también intentará enviar información a una estación instalada en Viena, fruto de un acuerdo entre China y Austria suscrito en 2013. La idea es probar la comunicación desde el espacio con estas dos ciudades independientemente para proceder a intentar enlazarlas a través del mismo dispositivo en el espacio.

Hasta hoy, se estima que la transmisión cuántica de información no se ha podido realizar en una distancia superior a los 100 kilómetros. Los experimentos chinos romperían esta barrera y podrían representar un avance significativo en un campo muy competido no sólo al nivel corporativo, sino también al militar.

En el mundo después de Edward Snowden la seguridad de la información es un activo con una importancia superior, por lo que el desarrollo de un cifrado inquebrantable se convertiría en una especie de santo grial en el tema.

La computación cuántica parece ser, junto con inteligencia artificial, una de las apuestas en tecnología más populares por estos días. Google, la NASA, la CIA, la Agencia Espacial Europea, la de China, los gobiernos de Rusia, Canadá y Australia: todos están invirtiendo fuertemente en desarrollar computadores cuánticos. ¿Por qué tanto alboroto?

Porque la computación, tal y como la conocemos, se está comenzando a aproximar a sus límites físicos por cuenta de la reducción en el tamaño de los microprocesadores: cada vez son más pequeños y más poderosos. Esta relación es conocida popularmente como la Ley de Moore. (Lea "Gordon Moore, el guía espiritual")

Para 1965 un doctor en Física Química llamado Gordon Moore predijo que la cantidad de transistores que caben en un microchip se duplicaría cada año durante 10 años, hasta 1975. La predicción se cumplió y llegado este momento, el mismo científico actualizó sus cálculos (que para entonces ya se llamaban la ley de Moore) y estimó que el tiempo en el que se duplicada la cantidad de transistores que contiene un microchip sería de dos años, en vez de uno. Algunos sostienen que en la actualidad este tiempo puede ser de 18 meses, pero en el fondo lo que la ley hizo fue establecer una cierta base teórica sobre la cual despegó toda una industria y, de la mano de esta, un desarrollo sin precedente en una larga lista de profesiones que se beneficiaron de la era de la computación.

El mayor problema actual con la ley de Moore es que ésta se encuentra íntimamente relacionada con la materia, con los límites de esta: hay un punto en el que puede resultar imposible seguir imprimiendo transistores en una placa de silicio, un trabajo en miniatura que se enfrentaría con las barreras del átomo. Ese límite ha comenzado a aparecer cada vez con más fuerza en la industria actual, pero, además de despertar una suerte de preocupación, ha sido el punto de arranque de investigaciones en nuevas direcciones para tratar de continuar incrementando la capacidad de computación, pero haciéndole el quite a los límites físicos de seguir construyendo en miniatura.

Uno de los obstáculos con los que se han encontrado los investigadores es que, a la escala en la que se trabaja actualmente, los conductores de la corriente en el procesador comenzaron a mostrar resistencia a ésta. Y este es un asunto mayor porque sin este tipo de transmisión eléctrica simplemente no hay procesamiento alguno.

Y aquí entra la computación cuántica, que descansa sobre teorías que podrían incrementar drásticamente el poder de procesamiento de una máquina.

En un computador clásico, por llamarlo de alguna forma, la información se procesa en bits, que toman uno de dos estados, 0 o 1, en binario. En una máquina cuántica, los bits cuánticos, qubits, pueden tomar más de una posición al tiempo y no estarían limitados a ser ceros o unos, sino que podrían ser ambos al mismo tiempo.

Este fenómeno se conoce como superposición y podría, al menos teóricamente, incrementar la capacidad de procesamiento de manera drástica, lo que a su vez le daría un respiro a todo el modelo de Ley de Moore.

Además de la computación cuántica, otros esfuerzos para superar el cuello de botella de la Ley de Moore tienen que ver con el rediseño del procesador como tal. Por ejemplo, el brazo de investigación de IBM probó un microprocesador en el que los conductos que transportan la corriente tienen apenas siete nanómetros de ancho; actualmente esta medida es de 14, aunque a nivel industrial se está trabajando en la fabricación de chips con 10 nanómetros. Se calcula que un cabello humano tiene entre 80.000 y 100.000 nanómetros de ancho.

¿Qué significa esto? Que entre más angostos son estos canales de conducción eléctrica, más transistores caben en un procesador y, así, hay más poder de computación disponible; el transistor es la unidad básica en un micrpochip. Siguiendo la Ley de Moore, en 1975 un microchip podía albergar 65 mil transistores y en 1985 ya contaba con 16 millones de éstos. El prototipo de IBM podría incluir 20 mil millones.

Tener computadores más poderosos trae ventajas que, quizá sin ser obvias, sí podrían ser vitales en tareas de procesamiento intenso, como la realización de modelos en genética, por ejemplo.

Pero también puede tener implicaciones colaterales que no son deseables, paradójicamente, para la misma computación. En el campo de ciberseguridad podría significar que máquinas más poderosas pueden romper más fácilmente los protocolos de cifrado que hoy protegen la información personal de millones de personas, así como las transacciones de las cuales depende el sistema financiero mundial, entre otros sistemas críticos. (Lea "Entérese para qué sirve y cuál es la importancia del cifrado")

La respuesta ante este desafío parece residir en la misma mecánica cuántica, pero esta vez en otro fenómeno conocido como entrelazamiento y que, en pocas palabras, es la posibilidad de que dos partículas subatómicas tengan el mismo estado, sin importar la distancia que las separa.

Es algo así como si una partícula fuera gemela de la otra, sin importar la posición en el espacio que ocupen, si están cerca o lejos. Lo que le pasa a la una afecta directamente a la otra.

Esto quiere decir que en una transmisión de información, la alteración de una partícula inmediatamente lo haría con la otra, lo que delataría un ataque o una intromisión no deseada. O sea, intervenir comunicaciones sería técnicamente imposible de emplearse esta técnica.

Esta rama de la investigación se conoce como cifrado cuántico o distribución de claves cuánticas y utiliza fotones (las partículas de la luz) para el transporte de información.

Y, al igual que en la computación, la seguridad basada en la mecánica cuántica es un asunto que ha ganado la atención de empresas y gobiernos por igual. Este martes, la agencia espacial china realizó el lanzamiento del primer satélite de comunicaciones cuánticas con el objetivo de probar la transmisión de datos entre la Tierra y el espacio utilizando esta tecnología.

Además de sus experimentos espaciales, el gobierno chino también está construyendo una red de transmisión cuántica de información que funcionará entre Beijing y Shanghai, un proyecto que podría completarse a finales de este año y que recorre 2.000 kilómetros.

Además de estas pruebas, el satélite también intentará enviar información a una estación instalada en Viena, fruto de un acuerdo entre China y Austria suscrito en 2013. La idea es probar la comunicación desde el espacio con estas dos ciudades independientemente para proceder a intentar enlazarlas a través del mismo dispositivo en el espacio.

Hasta hoy, se estima que la transmisión cuántica de información no se ha podido realizar en una distancia superior a los 100 kilómetros. Los experimentos chinos romperían esta barrera y podrían representar un avance significativo en un campo muy competido no sólo al nivel corporativo, sino también al militar.

En el mundo después de Edward Snowden la seguridad de la información es un activo con una importancia superior, por lo que el desarrollo de un cifrado inquebrantable se convertiría en una especie de santo grial en el tema.