Autor: Jose Alexis Correa Valencia

Por otra parte, tal vez el poseedor de la ganzúa universal prefiera el resultado de una película de catástrofes: todo, en todas partes, todo a la vez. Destruir la red. Inutilizar los silos de misiles. Derribar el sistema bancario. Abrir todas las puertas y dejar salir los secretos.

La enciclopedia WIRED para la computación cuántica

Comenzó a principios del siglo XX, cuando las explicaciones aceptadas del mundo subtatómico resultaron incompletas. Así, la mecánica cuántica surgió como una forma de entender todas estas peculiaridades, pero introdujo nuevos problemas y conceptos.

Ilustración: Nicholas Law

¿Cómo funciona la encriptación?

Supongamos que le pedimos a una computadora clásica que resuelva un sencillo problema matemático: descomponer el número 15 en sus factores primos más pequeños. La computadora probaría todas las opciones una a una y te daría una respuesta casi instantánea: 3 y 5. Si le pedimos que factorice un número de 1,000 cifras, resolverá el problema exactamente igual, pero el cálculo tardará milenios. Esta es la clave de gran parte de la criptografía moderna.

Por ejemplo, el cifrado RSA, desarrollado a finales de los años 70 y que aún se utiliza para proteger el correo electrónico, los sitios web y muchas otras cosas. En RSA, tú (o la aplicación de mensajería cifrada que elijas) crean una clave privada, que consiste en dos o más números primos grandes. Esos números, multiplicados entre sí, forman parte de tu clave pública. Cuando alguien quiere enviarte un mensaje, utiliza tu clave pública para cifrarlo. Tú eres la única persona que conoce los números primos originales, así que eres la única que puede descifrarlo. Hasta que alguien construya una computadora cuántica que pueda utilizar sus espeluznantes poderes de cálculo paralelo para deducir la clave privada de la pública, no en milenios, sino en minutos. Entonces todo el sistema se derrumba.

El algoritmo para hacerlo ya existe. En 1994, décadas antes de que nadie hubiera construido una auténtica computadora cuántica, un investigador de los laboratorios Bell de AT&T llamado Peter Shor diseñó la aplicación asesina Q-Day. El algoritmo de Shor aprovecha el hecho de que las computadoras cuánticas no funcionan con bits, sino con qubits. En lugar de estar bloqueadas en un estado de 0 o 1, pueden existir como ambos simultáneamente, en superposición. Cuando se ejecuta una operación en un puñado de qubits en un estado cuántico determinado, en realidad se está ejecutando esa misma operación en esos mismos qubits en todos sus estados cuánticos potenciales. Con los qubits, no estás confinado al método de ensayo y error. Una computadora cuántica puede explorar todas las soluciones potenciales simultáneamente. Se calculan distribuciones de probabilidad, ondas de retroalimentación cuántica que se apilan unas sobre otras y alcanzan su punto máximo en la respuesta correcta. Con el algoritmo de Shor, cuidadosamente diseñado para amplificar ciertos patrones matemáticos, eso es exactamente lo que ocurre: los números grandes entran por un extremo y los factores salen por el otro.

Al menos en teoría. Los qubits son increíblemente difíciles de construir en la vida real, porque la más mínima interferencia ambiental puede sacarlos del delicado estado de superposición, en el que se equilibran como una moneda que gira. Pero el algoritmo de Shor despertó el interés en este campo y, en la década de 2010, varios proyectos empezaron a avanzar en la construcción de los primeros qubits. En 2016, quizá intuyendo la incipiente amenaza del Día Q, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos convocó un concurso para desarrollar algoritmos de cifrado a prueba de cuántica. Estos algoritmos funcionan principalmente presentando a las computadoras cuánticas complejos laberintos multidimensionales, llamados entramados estructurados, que ni siquiera ellos pueden recorrer sin instrucciones.

La supremacía cuántica

En 2019, el laboratorio cuántico de Google en Santa Bárbara afirmó que había logrado la «supremacía cuántica». Su chip de 53 qubits podía completar en solo 200 segundos una tarea que habría llevado a 100,000 computadoras convencionales unos 10,000 años. El último procesador cuántico de Google, Willow, tiene 105 qubits. Pero para romper el cifrado con el algoritmo de Shor, una computadora cuántica necesitaría miles o incluso millones.

Actualmente hay cientos de empresas que intentan construir computadoras cuánticas con métodos muy diferentes, todos ellos orientados a mantener los qubits aislados del entorno y bajo control: circuitos superconductores, iones atrapados, imanes moleculares, nanoesferas de carbono. Mientras avanza el hardware, los informáticos perfeccionan los algoritmos cuánticos y tratan de reducir el número de qubits necesarios para ejecutarlos. Cada paso acerca más el día Q.