Computadoras cuánticas y criptografía

Lo más complicado de una computadora cuántica es su programación. Es decir, el software es más difícil de implementar que el hardware. Esto se debe, entre otras cosas, a que la computadora cuántica no puede leer los resultados intermedios (pues si lo hiciera, los qubits dejarían de estar en un estado de superposición, colapsarían, y se acabó el procesamiento cuántico). Por eso la computadora trabajaría “a ciegas”, lo que provoca que los bucles y saltos condicionales de la programación convencional no puedan llevarse a cabo de una manera sencilla.

Sin embargo, ya existe algún algoritmo escrito para ellas. El más famoso es el de Shor, que permitiría romper claves y contraseñas. Para comprender su importancia es necesario conocer cómo se codifica la información que enviamos y recibimos por Internet. A grandes rasgos, cada uno poseemos una clave pública. Cuando alguien quiere mandarnos alguna información, la codifica con esa clave, que está a disposición de todo el mundo. Esta clave pública es un número muy grande, que se ha obtenido básicamente multiplicando dos números primos también muy grandes. La información así codificada no puede decodificarse con la clave pública, por supuesto. Hace falta un algoritmo en el que intervienen esos dos números primos, que sólo nosotros conocemos. Es muy fácil calcular la clave pública multiplicando los dos números primos, pero el proceso inverso (conocer los números primos a partir de la clave, es decir, factorizar) es muy complicado. Con los tamaños de números que se emplean (de cientos de dígitos) a una computadora convencional le llevaría muchos millones de años conseguirlo mediante prueba y error.

Para una computadora cuántica esto no sería tan complicado. A Peter Shor se le ocurrió utilizar patrones de repetición en el número que deseamos factorizar, mediante un proceso conocido como análisis de Fourier (se trata de encontrar patrones que se repitan cada dos dígitos, cada tres, cada cuatro, etc.). Una vez conocidos estos patrones, a una computadora clásica le resultaría fácil encontrar los números primos que lo producen.

El día que se llegue a implementar una computadora cuántica capaz de llevar a cabo el algoritmo de Shor, toda la información codificada de nuestros correos, contraseñas, datos bancarios, etc., quedaría fácilmente al descubierto. Y, de hecho, ya se ha construido alguna capaz de hacerlo. Eso sí, debido a sus limitaciones (de tamaño, pues aún no hay computadoras cuánticas de muchos qubits), sólo ha sido capaz de factorizar el número 15, y ha encontrado, acertadamente, que los números primos que lo producen son el 3 y el 5.

Sin embargo, la propia mecánica cuántica resolvería este problema de necesidad de privacidad en nuestras comunicaciones. La criptografía cuántica es un campo en el que se han hecho grandes avances. Se basa en la propiedad de los sistemas cuánticos de que no es posible realizar una observación sin provocar la decoherencia, es decir, alterar el propio sistema. De esta manera, dos personas que se comuniquen utilizando un sistema de criptografía cuántico podrían saber fácilmente si están siendo espidados.

Para saber más: John Gribbin. “Computing with Quantum Cats”. Prometheus Books, 2014 / Quantum Computers and the end of Security / Criptografía cuántica