Gran parte de nuestra seguridad en línea depende de un sistema de candado digital llamado cifrado RSA, que protege nuestra privacidad mientras navegamos por las redes sociales, obtenemos actualizaciones de software o realizamos transacciones bancarias para financiar más desplazamientos.
El estándar de cifrado RSA-2048 es fácil de formular pero increíblemente difícil de descifrar porque multiplica dos números primos grandes para producir un módulo de hasta 617 dígitos decimales: un candado virtual que la gente puede ver y pinchar.
Para descifrar esto se requiere una clave privada: esos dos números primos iniciales, encontrados mediante factorización.
Sin embargo, nuestra privacidad colectiva puede ser más frágil de lo que pensamos, ya que los avances en la computación cuántica podrían amenazar este cifrado más temprano que tarde, sugiere una nueva investigación.
En un estudio preimpreso (que aún no se ha sometido a revisión por pares) publicado en Cryptology ePrint Archive, un equipo dirigido por investigadores de la empresa de computación cuántica Alice & Bob, con sede en París, ha realizado una estimación de recursos desde cero de lo que se conoce como algoritmo de Shor, utilizando qubits “gato” superconductores.
En pocas palabras, el algoritmo de Shor es un algoritmo de computación cuántica diseñado por el matemático Peter Shor en 1994 para acelerar exponencialmente esta factorización de descifrado de cifrado.
Los qubits Cat son una alternativa fundamentalmente intrigante a los qubits “transmon” que alimentan muchas computadoras cuánticas.
Un qubit gato, que lleva el nombre del experimento mental de Schrödinger, está compuesto de fotones atrapados en una pequeña caja de metal u oscilador.
Su naturaleza más ondulatoria le permite suprimir exponencialmente una de las dos vías principales de errores cuánticos, llamados errores de inversión de bits, mientras que solo aumenta linealmente el otro tipo, llamado errores de inversión de fase.
Un error de cambio de bit se puede considerar como un interruptor de luz que se activa (1) a apagado (0), debido a cosas como interferencias eléctricas externas que estropean el sistema cuántico.
Un error de cambio de fase es como si toda la instalación del interruptor de luz se volteara sobre su cabeza, sin que el interruptor cambiara su posición entre encendido y apagado.
En general, las estimaciones de recursos para el algoritmo de Shor han disminuido constantemente, de 20 millones de qubits en 2019 a menos de un millón en 2025, según Craig Gidney y sus colegas de Google Quantum AI, mencionan los investigadores en su blog.
Las estimaciones de cat-qubit de Alice & Bob han caído de manera similar desde 2023, de 350.000 a poco menos de 23.000 en su estimación reciente.
Esto es alrededor de 40 veces menos qubits que el millón estimado previamente por Gidney, aunque esta estimación más reciente de Alice & Bob utiliza sus propios detalles, incluidas tasas de error y capacidades de corrección.
Entonces, para factorizar una clave de cifrado RSA-2048 y romper el bloqueo digital que protege nuestras mil fotografías de la Sra. Bigotes (y cuentas bancarias), un sistema de 22.593 cat qubits solo necesitaría 3,14 días.
“Hasta donde sabemos, ninguna arquitectura publicada es más pequeña en este tiempo de ejecución, lo que nos coloca en la frontera del tamaño y la velocidad juntos”, dicen los investigadores en su publicación de blog.
Este enfoque equilibrado logra un punto óptimo entre los requisitos de espacio y tiempo.
El recuento de qubits dicta el tamaño de la máquina de computación cuántica y su hardware, incluida la criogenia necesaria para enfriar los chips cuánticos a fracciones de grado por encima del cero absoluto, significativamente más frío que el espacio exterior.
El otro factor esencial es el tiempo de ejecución, o cuánto tiempo llevaría generar un cálculo útil.
“Puedes cambiar uno por otro, pero si lo haces demasiado en cualquier sentido, terminarás con una máquina que es demasiado grande para construir o demasiado lenta para importar”, explica la publicación del blog.
Para acelerar el efecto, vincular 10 máquinas de computación cuántica para producir 610.530 qubits cat podría descifrar RSA-2048 en solo 1,25 horas.
Los investigadores también estimaron los recursos necesarios para, de hecho, evitar los candados digitales de curva elíptica que aseguran la propiedad de Bitcoin. Un sistema con 29.588 cat qubits podría hacerlo en 61,8 minutos.
Sin embargo, las transacciones de Bitcoin ocurren dentro de un tiempo de bloque de 10 minutos, señalan los investigadores, un límite de tiempo que debería cumplirse para robar esta criptomoneda en tránsito.
Por lo tanto, cualquier pirata informático que quiera recrear el famoso Día de la Pizza Bitcoin no tendrá suerte hasta el momento.
Es importante destacar que nadie tiene una computadora cuántica de 23.000 qubits. Y ni siquiera está cerca. La matriz más grande, desarrollada por ingenieros de Caltech, cuenta con 6.100 qubits atrapados por láseres, pero se trata de una matriz más que de una computadora “informática” funcional.
Es necesario superar múltiples desafíos cuánticos actuales, incluido el control de la temperatura, la escalabilidad y la estabilidad, como la vinculación de muchos chips y qubits cada vez más distantes. Aún así, algunos suponen que el estándar RSA-2048 puede quedar obsoleto a principios de la próxima década.
Además, las estimaciones de los investigadores suponen que los qubits gato pueden evitar errores de inversión de bits durante 100 años, pero muchos qubits probados pueden ser estables solo durante milisegundos.
Sin embargo, los qubits de gatos se vuelven exponencialmente más estables al incorporar fotones adicionales en el oscilador; simplemente agregue algunos gatos más a la caja (la camada de Schrödinger).
De hecho, los físicos cuánticos de Alice & Bob han logrado recientemente un tiempo promedio de inversión de bits de 44 minutos al introducir 11 fotones en su caja de gato (cat qubit), mejorando la estabilidad estándar millones de veces.
El estudio sugiere que relajar los tiempos de cambio de bits a aproximadamente una hora requeriría duplicar el recuento de qubits a alrededor de 45.000.
Como señalan los investigadores en su comunicado de prensa, a principios de la década de 2030 se puede ver la convergencia de un hardware mejorado y menores requisitos de recursos.
Como resultado, las primeras máquinas podrían construirse en cuestión de años, aunque el cronograma de las amenazas reales es incierto.
La investigación está disponible como preimpresión en Cryptology ePrint Archive.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.