La aleatoriedad perfecta de un sistema de computación cuántica podría mantener sus secretos a salvo

La aleatoriedad perfecta de un sistema de computación cuántica podría mantener sus secretos a salvo

Por Adam Kovac editado por Claire Cameron

El flujo ordenado de información en todo el mundo depende en gran medida de la seguridad, y en el centro de esa seguridad está la aleatoriedad.

El cifrado moderno se basa en la imprevisibilidad para evitar ser descifrado, y la forma más poderosa de imprevisibilidad es la aleatoriedad. Y en un nuevo estudio, los investigadores describen una nueva forma de amplificar esa aleatoriedad.

Los generadores de números aleatorios existen desde hace mucho tiempo, pero a menudo tienen imperfecciones sutiles que hacen que surjan patrones. E incluso las computadoras poderosas cargan con esta responsabilidad simplemente porque usan transistores tradicionales para generar el código binario (unos y ceros) que permite a las computadoras almacenar datos y realizar cálculos.

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“Cualquier dispositivo electrónico convencional como un teléfono o un ordenador es completamente determinista, por lo que es muy difícil para un ordenador o cualquier otro dispositivo electrónico generar un valor aleatorio”, afirma Renato Renner, profesor de física en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich (ETH Zurich) y miembro del equipo de investigación. “No se puede simplemente lanzar una moneda al aire, porque todo lo que sucede en la escala de la lógica es básicamente completamente predecible”.

Si bien estos números pueden parecer aleatorios a primera vista, una computadora cuántica sería capaz de reconocer incluso los patrones más oscuros y así descifrar el código.

“La imprevisibilidad es muy importante porque eso es lo que haría el adversario para atacarlo: simplemente intentar predecir partes de esa contraseña o incluso la contraseña completa o partes de la clave”, dice Renner.

Ahí es donde entra en juego el nuevo sistema. Los Qubits, los componentes básicos de la información en una computadora cuántica, no existen en formato binario. En cambio, los qubits tienen un número infinito de estados en los que pueden existir y solo colapsan en un solo estado cuando se mide su posición. En un artículo publicado en Nature el miércoles, Renner y sus colegas describen cómo un sistema de dos qubits podría generar verdadera aleatoriedad.

Los científicos entrelazaron dos qubits mantenidos a temperaturas cercanas al cero absoluto en los extremos opuestos de un tubo de 30 metros de largo. Cuando los dos qubits se entrelazaron, compartieron la misma posición; en otras palabras, si midieras ambos, obtendrías el mismo resultado. El tubo largo era necesario para garantizar una separación física suficiente para que ninguna variable externa pudiera sesgar los resultados, dice Renner.

“Para estar realmente seguro de que no es predecible, necesito tener un proceso en el que esté realmente seguro de que este proceso no está descrito por la física clásica”, dice Renner.

En un experimento, se pasó una fotografía de una oveja por el sistema y sus píxeles se tradujeron en aleatoriedad. Según la investigación, sería imposible volver a unir el desorden resultante de colores y manchas, incluso usando una computadora cuántica.

Para probar más a fondo su sistema, los investigadores ejecutaron lo que se conoce como prueba de Bell, que analiza un sistema cuántico en busca de indicios de que podría verse afectado por la física clásica.

“Nuestra configuración permite ejecutar muchas pruebas de Bell con buena calidad y a un ritmo rápido”, afirma Andreas Wallraff, colega de Renner en ETH Zurich y coautor del estudio. “Para nuestro experimento, ejecutamos alrededor de mil millones y medio de estas pruebas de Bell para crear resultados aleatorios certificables que luego se utilizan en un algoritmo que Renato y su equipo habían desarrollado para crear esta aleatoriedad certificada”.

Si bien experimentos anteriores han podido generar aleatoriedad, Renner dice que la inclusión de un segundo qubit como medida de verificación es nueva. Ese desarrollo mejora la confianza, otro componente esencial para un cifrado sólido.

Las computadoras cuánticas disponibles comercialmente aún están muy lejos, pero las implicaciones del trabajo de Renner y Wallraff en el mundo real son relevantes ahora. Renner señala que hay una página entera de Wikipedia dedicada a hacks que sólo fueron posibles debido a una aleatoriedad criptográfica imperfecta.

“Este es el problema que resolvemos, que es un problema actual, no sólo un problema en la era post-criptografía cuántica”, dice, “pero, por supuesto, seguirá siendo un problema”.

“Creo que la criptografía siempre dependerá de una buena aleatoriedad, independientemente de si ahora se trata de criptografía contra adversarios convencionales o futuros adversarios cuánticos”, añade.

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