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Esta semana, Google publicó un artículo que describe cómo una computadora cuántica podría, teóricamente, derivar una clave privada de bitcoin en 9 minutos, con ramificaciones que se extienden a Ethereum, otros tokens, la banca privada y, potencialmente, a todo en el mundo.
La computación cuántica es fácil de confundir con una versión más rápida de una computadora convencional. Pero no se trata de un chip más potente ni de un centro de servidores más grande. Es una máquina fundamentalmente diferente, distinta a nivel del propio átomo.
Una computadora cuántica comienza con un circuito muy frío y muy pequeño de metal donde las partículas comienzan a comportarse de maneras que no se observan bajo condiciones normales en la Tierra, maneras que alteran lo que consideramos como las reglas básicas de la física.
Comprender lo que eso significa, físicamente, es la diferencia entre leer sobre la amenaza cuántica y realmente entenderla.
Cómo funcionan realmente las computadoras y las computadoras cuánticas
Los ordenadores convencionales almacenan información en forma de bits — cada uno es un 0 o un 1. Un bit es un interruptor diminuto. Físicamente, es un transistor en un “chip” — una puerta microscópica que permite o no el paso de la electricidad (1 o 0).
Cada foto, cada transacción de bitcoin, cada palabra que has escrito se almacena como patrones de estos interruptores encendidos o apagados. No hay nada misterioso respecto a un bit; es un objeto físico en uno de los dos estados definidos.
Cada cálculo es simplemente reorganizar estos 0 y 1 a gran velocidad. Un chip moderno puede realizar miles de millones de estos por segundo, pero aún los ejecuta uno a la vez, en secuencia.
Las computadoras cuánticas utilizan algo conocido como qubits en lugar de bits. Un qubit puede ser 0, 1, o — y esta es la parte peculiar — ¡ambos al mismo tiempo!
Esto es posible ya que un qubit es un tipo de objeto físico completamente diferente. La versión más común, y la que utiliza Google, es un pequeño circuito de metal superconductor enfriado a aproximadamente 0.015 grados por encima del cero absoluto, más frío que el espacio exterior pero aquí en la Tierra.
A esa temperatura, la electricidad fluye a través del circuito sin ninguna resistencia, y se dice que la corriente existe en un estado cuántico.
En el circuito superconductivo, la corriente puede fluir en sentido horario (llamémoslo 0) o en sentido antihorario (llamémoslo 1). Pero a escalas cuánticas, la corriente no tiene que elegir una dirección y, de hecho, fluye en ambas direcciones simultáneamente.
No lo confunda con alternar entre los dos muy rápido. La corriente está mediblemente, experimentalmente y verificablemente en ambos estados simultáneamente.
Física que desafía la mente
¿Nos sigue hasta ahora? Excelente, porque aquí es donde se vuelve realmente extraño, ya que la física detrás de su funcionamiento no es inmediatamente intuitiva, y no se supone que lo sea.
Todo con lo que una persona interactúa en la vida diaria obedece a la física clásica, que asume que las cosas están en un solo lugar en un momento dado. Pero las partículas no se comportan de esta manera a escala subatómica.
Un electrón no tiene una posición definida hasta que se observa. Un fotón no tiene una polarización definida hasta que se mide. Una corriente en un circuito superconductor no fluye en una dirección definida hasta que se le obliga a elegir.
La razón por la que no experimentamos esto en la vida cotidiana es la decoherencia. Cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno, moléculas de aire, calor, vibraciones y luz, la superposición colapsa casi de inmediato.
Un balón de fútbol no puede estar en dos lugares a la vez porque está interactuando con billones de moléculas de aire, polvo, sonido, calor, gravedad, etc., en cada nanosegundo. Pero aislar una corriente diminuta en un vacío cercano al cero absoluto, protegerla de toda posible perturbación, y el comportamiento cuántico sobrevive el tiempo suficiente para realizar cálculos.
Es por eso que las computadoras cuánticas son tan difíciles de construir. Los expertos están diseñando entornos físicos donde las leyes de la física que normalmente impiden que estas cosas ocurran se mantienen a raya el tiempo justo para realizar un cálculo.
Las máquinas de Google operan en refrigeradores por dilución del tamaño de enormes salas, más fríos que cualquier cosa en el universo natural, rodeados por capas de blindaje contra el ruido electromagnético, vibraciones y radiación térmica.
Y los qubits son frágiles incluso entonces. Pierden su estado cuántico constantemente, por lo que la "corrección de errores" domina todas las conversaciones sobre la escalabilidad.
Por lo tanto, la computación cuántica no es una versión más rápida de la computación clásica. Está explotando un conjunto diferente de leyes físicas que solo se aplican a escalas extremadamente pequeñas, temperaturas extremadamente bajas y marcos temporales extremadamente cortos.
Ahora compare eso.
Dos bits regulares pueden estar en uno de cuatro estados (00, 01, 10, 11), pero solo uno a la vez (ya que la corriente fluye en una única dirección). Dos qubits pueden representar los cuatro estados simultáneamente, dado que la corriente fluye en todas las direcciones al mismo tiempo.
Tres qubits representan ocho estados. Diez qubits representan 1,024. Cincuenta qubits representan más de un cuatrillón. El número se duplica con cada qubit que se añade, razón por la cual la escalabilidad es tan exponencial.
El segundo truco es algo llamado entrelazamiento. Cuando dos qubits están entrelazados, medir uno le revela instantáneamente al observador algo sobre el otro, sin importar la distancia que los separa. Esto permite a una computadora cuántica coordinarse a través de todos esos estados simultáneos de una manera que la computación paralela convencional no puede.
Y estos ordenadores cuánticos están configurados de manera que las respuestas incorrectas se cancelan entre sí (como ondas superpuestas que se aplanan) y las respuestas correctas se refuerzan mutuamente (como ondas que se apilan más alto). Al final del cálculo, la respuesta correcta tiene la mayor probabilidad de ser medida.
Por lo tanto, no se trata de velocidad bruta. Es un enfoque fundamentalmente diferente para el cálculo — uno que permite a la naturaleza explorar un espacio exponencialmente grande de posibilidades y luego colapsar a la respuesta correcta mediante la física en lugar de la lógica.
Una amenaza monumental para la criptografía
Esta física que desafía la mente es la razón por la cual resulta aterradora para la encriptación.
Las matemáticas que protegen a bitcoin se basan en la suposición de que verificar cada clave posible tomaría más tiempo que la edad del universo.
Pero una computadora cuántica no verifica cada clave. Explora todas ellas simultáneamente y utiliza la interferencia para revelar la correcta.
Ahí es donde se vincula con Bitcoin. Ir en una dirección, de clave privada a clave pública, toma milisegundos. Ir en la otra dirección, de clave pública de vuelta a clave privada, le tomaría a una computadora clásica un millón de años, o incluso más que la edad del universo. Esa asimetría es lo único que prueba que una persona posee sus monedas.
Una computadora cuántica que ejecuta un algoritmo llamado Shor puede atravesar esa puerta trasera en sentido inverso. El artículo de Google de esta semana demostró que podría hacerlo con muchos menos recursos de los que cualquier persona había estimado anteriormente, y dentro de un marco temporal que compite contra las propias confirmaciones de bloque de bitcoin.
Esta es la razón por la cual la amenaza de que las computadoras cuánticas rompan el cifrado de la cadena de bloques está generando una verdadera preocupación en todos.
Cómo funciona ese ataque paso a paso, qué cambió específicamente el documento de Google y qué significa para los 6.9 millones de bitcoins ya expuestos, es el tema del próximo artículo de esta serie.
