Esta semana, Google publicó un documento que describe cómo una computadora cuántica podría, teóricamente, derivar una clave privada de bitcoin en 9 minutos, con repercusiones que se extienden a Ethereum, a otros tokens, a 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 normal. Pero no es un chip más potente ni una granja de servidores más grande. Es un tipo de máquina fundamentalmente diferente, distinto incluso a nivel del átomo.
Una computadora cuántica comienza con un lazo de metal muy frío y muy pequeño, donde las partículas empiezan a comportarse de maneras que no se comportan bajo condiciones normales en la Tierra, maneras que alteran lo que pensamos como las reglas básicas de la física.
Comprender lo que eso significa, físicamente, es la diferencia entre leer sobre la amenaza cuántica y entenderla de verdad.
Cómo funcionan las computadoras y las computadoras cuánticas realmente
Las computadoras normales almacenan información como bits — cada uno es o un 0 o un 1. Un bit es un interruptor diminuto. Físicamente, es un transistor en un “chip” — una compuerta microscópica que deja pasar la electricidad (1) o no (0).
Cada foto, cada transacción de bitcoin, cada palabra que hayas escrito alguna vez se almacena como patrones de esos interruptores encendidos o apagados. No hay nada misterioso en un bit; es un objeto físico en uno de dos estados definitivos.
Cada cálculo no es más que barajar estos 0 y 1 muy rápido. Un chip moderno puede hacer miles de millones de estos por segundo, pero aun así los hace uno por uno, en secuencia.
Las computadoras cuánticas usan algo conocido como qubits en lugar de bits. Un qubit puede ser 0, 1 o — y esta es la parte extraña — ¡ambos al mismo tiempo!
Esto es posible porque un qubit es completamente otro tipo de objeto físico. La versión más común, y la que usa Google, es un lazo diminuto de metal superconductor enfriado a unos 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 lazo sin resistencia, y se dice que la corriente existe en un estado cuántico.
En el lazo superconductor, la corriente puede fluir en sentido horario (llámalo 0) o en sentido antihorario (llámalo 1). Pero a escala cuántica, la corriente no tiene que elegir una dirección y, en realidad, fluye en ambas direcciones simultáneamente.
No lo confundas con cambiar entre las dos cosas muy rápido. La corriente está, de forma medible, experimental y verificable, en ambos estados simultáneamente.
(CoinDesk)
Física que desafía la mente
¿Vamos bien hasta ahora? Genial, porque aquí es donde se pone de verdad extraña, porque la física detrás de cómo funciona no es intuitiva de inmediato, y no se supone que lo sea.
Todo con lo que alguien interactúa en la vida diaria obedece a la física clásica, que asume que las cosas están en un lugar en un momento. Pero las partículas no se comportan así a escala subatómica.
Un electrón no tiene una posición definida hasta que lo observas. Un fotón no tiene una polarización definida hasta que lo mides. Una corriente en un lazo superconductor no fluye en una dirección definida hasta que la obligas 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 se colapsa casi instantáneamente.
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., cada nanosegundo. Pero si aíslas una corriente diminuta en un vacío cercano al cero absoluto, la blindas de cualquier alteración posible, y el comportamiento cuántico sobrevive lo suficiente para calcular.
Por eso construir computadoras cuánticas es tan difícil. La gente está diseñando entornos físicos donde las leyes de la física que normalmente impiden que esto ocurra se mantienen a raya el tiempo suficiente para ejecutar un cálculo.
Las máquinas de Google operan en refrigeradores de dilución del tamaño de habitaciones enormes, más fríos que cualquier cosa en el universo natural, rodeadas por capas de blindaje contra el ruido electromagnético, la vibración y la radiación térmica.
Y los qubits son frágiles incluso así. Pierden su estado cuántico constantemente, por eso la “corrección de errores” domina cada conversación sobre cómo escalar.
Así que la computación cuántica no es una versión más rápida de la computación clásica. Está aprovechando un conjunto diferente de leyes físicas que solo aplican a escalas extremadamente pequeñas, temperaturas extremadamente bajas y periodos de tiempo extremadamente cortos.
(CoinDesk)
Ahora encáralo.
Dos bits normales pueden estar en uno de cuatro estados (00, 01, 10, 11), pero solo uno a la vez (ya que la corriente fluye en una sola dirección). Dos qubits pueden representar los cuatro estados a la vez, porque la corriente está fluyendo 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, por eso el escalamiento es tan exponencial.
El segundo truco es algo llamado entrelazamiento. Cuando dos qubits están entrelazados, medir uno le dice instantáneamente a un observador algo sobre el otro, sin importar qué tan lejos estén. Esto permite que una computadora cuántica se coordine a través de todos esos estados simultáneos de una manera que la computación paralela normal no puede.
Y estas computadoras cuánticas se configuran para que las respuestas incorrectas se cancelen entre sí (como ondas superpuestas que se aplanan) y las respuestas correctas se refuercen entre sí (como ondas que se apilan más alto). Al final del cálculo, la respuesta correcta es la que tiene la mayor probabilidad de ser medida.
Así que no es velocidad a fuerza bruta. Es un enfoque fundamentalmente distinto para el cálculo — uno que permite que la naturaleza explore un espacio exponencialmente grande de posibilidades y luego se colapse hacia 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 que es aterradora para el cifrado.
Las matemáticas que protegen bitcoin se basan en la suposición de que verificar cada clave posible llevaría más tiempo que la edad del universo.
Pero una computadora cuántica no revisa cada clave. Explora todas simultáneamente y usa interferencia para sacar a la superficie la correcta.
Ahí es donde se conecta con Bitcoin. Ir en una dirección, de la clave privada a la clave pública, toma milisegundos. Ir en la otra dirección, de la clave pública de regreso a la 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 está manteniendo sus monedas.
(CoinDesk)
Una computadora cuántica que ejecute un algoritmo llamado Shor puede pasar por esa trampa en reversa. El documento de Google de esta semana mostró que podía hacerlo con muchos menos recursos que cualquiera había estimado antes, y dentro de un marco de tiempo que compite con las confirmaciones de bloques de bitcoin.
Por eso la amenaza de que las computadoras cuánticas rompan el cifrado de blockchain está haciendo que todo el mundo esté muy preocupado.
Cómo funciona ese ataque paso a paso, qué cambió específicamente el documento de Google, y qué significa para los 6.9 millones de bitcoin ya expuestos, es el tema de la siguiente entrega de esta serie.
