Esta semana, Google publicó un documento que describe cómo una computadora cuántica podría, en teoría, derivar una clave privada de bitcoin en 9 minutos. Este hallazgo trae consigo repercusiones que podrían afectar a Ethereum, otros tokens, la banca privada y, potencialmente, al mundo entero.
A menudo se confunde la computación cuántica con una versión más rápida de las computadoras tradicionales. Sin embargo, no se trata de un chip más potente ni de una sala de servidores más grande. Es un tipo de máquina fundamentalmente diferente, a niveles atomicos.
Una computadora cuántica comienza con un pequeño lazo metálico, muy frío, donde las partículas empiezan a comportarse de maneras que no ocurren bajo condiciones normales en la Tierra, alterando lo que consideramos como las reglas básicas de la física.
Comprender lo que esto significa físicamente es la diferencia entre leer sobre la amenaza cuántica y realmente comprenderla.
Cómo funcionan las computadoras y las computadoras cuánticas
Las computadoras tradicionales almacenan información en forma de bits: cada uno es un 0 o un 1. Un bit es un pequeño interruptor, físicamente representado por un transistor en un “chip”, que permite o no el paso de electricidad (1 o 0, respectivamente).
Cada foto, cada transacción de bitcoin, cada palabra que has escrito se almacena como patrones de estos interruptores en encendido y apagado. No hay nada misterioso acerca de un bit; es un objeto físico que existe en uno de los dos estados posibles.
Cada cálculo consiste simplemente en manejar esos 0s y 1s rápidamente. Un chip moderno puede realizar miles de millones de estos cálculos por segundo, pero aún los hace uno a la vez, en secuencia.
Por otro lado, las computadoras cuánticas usan qubits en lugar de bits. Un qubit puede ser 0, 1 o —y aquí está la parte extraña— ¡ambos al mismo tiempo!
Esto es posible porque un qubit es un tipo completamente diferente de objeto físico. La versión más común, que utiliza Google, es un pequeño lazo de metal superconductor enfriado a aproximadamente 0.015 grados sobre el cero absoluto, más frío que el espacio exterior, pero 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 antihorario (llámalo 1). Pero a escalas cuánticas, la corriente no tiene que elegir una dirección, de hecho, fluye en ambas direcciones simultáneamente.
No se confunda: esto no se trata de cambiar rápidamente entre dos opciones. La corriente se encuentra mediblemente, experimentalmente y verificablemente en ambos estados al mismo tiempo.
Física que desafía la mente
¿Sigues con nosotros? Genial, porque aquí es donde se pone realmente extraño. La física detrás de cómo funciona no es inmediatamente intuitiva, y no debería serlo.
Todo lo que alguien interactúa en la vida diaria obedece a la física clásica, que asume que las cosas están en un solo lugar en un solo tiempo. Pero las partículas no se comportan de esta manera a escala subatómica.
Un electrón no tiene una posición definida hasta que lo miras. Un fotón no tiene una polarización definida hasta que lo mides. Una corriente en un bucle superconductor no fluye en una dirección definida hasta que le obligas a elegir.
La razón por la cual 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 al instante.
Un balón de fútbol no puede estar en dos lugares a la vez porque está interactuando con trillones de moléculas de aire, polvo, sonido, calor, gravedad, etc., cada nanosegundo. Pero si aislas una pequeña corriente en un vacío cercano a cero absoluto, y la proteges de cada posible perturbación, el comportamiento cuántico sobrevive el tiempo suficiente como para realizar cálculos.
Por eso las computadoras cuánticas son tan difíciles de construir. Las personas están creando entornos físicos donde las leyes de la física que normalmente evitan que esto ocurra se mantienen a raya el tiempo justo para realizar un cálculo.
Las máquinas de Google operan en refrigeradores de dilución del tamaño de grandes habitaciones, más frías que cualquier cosa en el universo natural, rodeadas de capas de protección contra el ruido electromagnético, vibraciones y radiación térmica.
Y los qubits son frágiles aun así. Pierden su estado cuántico constantemente, lo que explica por qué la «corrección de errores» domina cada conversación sobre su escalado.
Por lo tanto, la computación cuántica no es una versión más rápida de la computación clásica. Está aprovechando un conjunto diferente de leyes físicas que solo se aplican a escalas extremadamente pequeñas, temperaturas extremadamente bajas y marcos de tiempo extremadamente cortos.
Ahora, acumulémoslo.
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 sola dirección). Sin embargo, dos qubits pueden representar los cuatro estados a la vez, porque la corriente fluye en todas las direcciones simultáneamente.
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, lo que explica su escalabilidad exponencial.
El segundo truco es algo llamado entrelazamiento. Cuando dos qubits están entrelazados, medir uno de ellos informa instantáneamente sobre el otro, independientemente de la distancia que los separa. Esto permite que una computadora cuántica se coordine a través de todos esos estados simultáneos de una manera que la computación paralela clásica no puede.
Además, estas computadoras cuánticas están diseñadas para que las respuestas incorrectas se cancelen entre sí (como ondas superpuestas que se aplanan), mientras que las respuestas correctas se refuercen (como ondas que se apilan más altas). Al finalizar el cálculo, la respuesta correcta tiene la mayor probabilidad de ser medida.
Por lo tanto, no se trata solo de velocidad a fuerza bruta. Es un enfoque fundamentalmente diferente del cálculo, uno que permite a la naturaleza explorar un espacio exponencialmente grande de posibilidades y luego colapsar hacia la respuesta correcta a través de la física en lugar de la lógica.
Una amenaza monumental para la criptografía
Esta física desconcertante es lo que la convierte en una gran amenaza para la encriptación.
Las matemáticas que protegen el bitcoin se basan en la suposición de que verificar cada clave posible tomaría más tiempo que la edad del universo.
Sin embargo, una computadora cuántica no verifica cada clave. Explora todas a la vez y utiliza la interferencia para resaltar la correcta.
Ahí es donde se conecta con Bitcoin. Ir en una dirección, desde la clave privada hacia la clave pública, toma milisegundos. Volver en la dirección opuesta, desde la clave pública a la clave privada, tomaría a una computadora clásica un millón de años, o incluso más que la edad del universo. Esa asimetría es lo único que garantiza que una persona posee sus monedas.
Una computadora cuántica que ejecute un algoritmo llamado Shor puede atravesar esa trampa al revés. El documento de Google de esta semana mostró que puede hacerlo con muchos menos recursos de lo que se había estimado anteriormente y dentro de un marco temporal que compite con la propia confirmación de bloques de bitcoin.
Es por eso que la amenaza de que las computadoras cuánticas rompan la encriptación de blockchain es una preocupación genuina para todos.
Cómo funciona ese ataque paso a paso, qué cambió específicamente en el documento de Google y qué significa para los 6.9 millones de bitcoins que ya están expuestos, es el tema del próximo artículo de esta serie.
Fuente: www.coindesk.com