Criptógrafos, computadoras cuánticas y la guerra por la información

En este vistazo al futuro tecnológico, el criptógrafo Craig Costello nos cuenta sobre el potencial transformador de las computadoras cuánticas, que podría superar los límites de las máquinas actuales y dar a los descifradores de códigos la llave maestra del mundo digital. Descubre cómo Costello y otros criptógrafos participan en una carrera por reinventar el cifrado y proteger la Internet.

Pertenezco a la industria
de guardar secretos.

Eso incluye los secretos de Uds.

Los criptógrafos somos
la primera línea de defensa

en una guerra que lleva siglos en proceso:

una guerra entre quienes crean
códigos y quienes los descifran.

Se trata de una guerra
contra la información.

El campo de batalla actual
de la información es digital,

y la guerra se lleva a cabo en
sus celulares, computadoras e Internet.

Nuestro trabajo es crear sistemas

que desordenen sus emails
y números de tarjetas de crédito,

sus llamadas telefónicas
y mensajes de texto

–eso incluye esas imprudentes selfies–,

(Risas)

para que toda su información
pueda ser reordenada únicamente

por el destinatario correcto.

Ahora bien, hasta hace muy poco,

pensábamos que habíamos ganado
esta guerra de forma definitiva.

Ahora mismo, sus teléfonos
inteligentes emplean un cifrado

que creíamos indescifrable
y que permanecería siempre así.

Estábamos equivocados,

porque se avecinan
las computadoras cuánticas

que van a cambiar enteramente
el panorama actual.

A lo largo de la historia,

los criptógrafos y los descifradores
han estado jugando al gato y al ratón.

En los años 1500,

la reina María de Escocia creyó
estar enviando cartas encriptadas

que solamente sus soldados
sabían descifrar.

Pero la reina Isabel de Inglaterra
tenía descifradores estudiándolas.

Descifraron las cartas de María,

descubrieron que
planeaba asesinar a Isabel

y, en consecuencia, María fue decapitada.

Unos siglos más tarde,
durante la Segunda Guerra Mundial,

los nazis se comunicaban
usando el código "Enigma",

un cifrado mucho más complejo
que pensaban era indescifrable.

Pero, entonces, el buen Alan Turing,

el mismo que inventó lo que hoy
conocemos como computadora,

construyó una máquina
para descifrar Enigma.

Descifró los mensajes de los alemanes

y ayudó a detener
a Hitler y a su Tercer Reich.

Así se ha desarrollado
la historia durante siglos.

Los criptógrafos mejoran sus códigos

y los descifradores contraatacan
y encuentran la forma de descifrarlos.

Esta guerra continúa en progreso
y los bandos van a la par.

Al menos así fue hasta los 70,

cuando unos criptógrafos
realizaron un avance espectacular.

Descubrieron una forma de cifrar
extremadamente poderosa

llamada "criptografía de clave pública".

A diferencia de todos los métodos
usados a lo largo de la historia,

no requiere que las dos partes que
desean enviarse información confidencial

hayan intercambiado
una clave secreta con antelación.

La magia de la criptografía
de clave pública

es que nos permite conectarnos de forma
segura con cualquier persona en el mundo,

hayamos intercambiado datos antes o no.

Y puede hacerse tan rápido
que ni nos damos cuenta.

Ya sea que estén enviando
un mensaje de texto a un amigo,

o sean un banco que transfiere
miles de millones de dólares a otro banco,

el cifrado actual nos permite enviar
información que puede protegerse

en cuestión de milisegundos.

La brillante idea
que posibilita esta magia

depende de problemas
matemáticos complicados.

A los criptógrafos
nos interesan las operaciones

que las calculadoras no pueden resolver.

P. ej., las calculadoras pueden
multiplicar cualquier par de números,

sin importar qué tan grandes sean.

Pero el cálculo inverso,

comenzar por el resultado
y luego preguntarse

"¿Qué dos números dan
este resultado al multiplicarse?",

es un problema realmente difícil.

Si les pidiera averiguar

qué números de dos dígitos
deben multiplicarse para obtener 851,

incluso con una calculadora,
sería muy difícil encontrar la respuesta

antes de que termine esta charla.

Y si los números son un poco más grandes,

no existe calculadora en la Tierra
que pueda resolver esto.

De hecho, incluso la supercomputadora
más rápida del mundo

demoraría más que la expectativa
de vida del universo

en encontrar los dos números
que se multiplican para obtener esto.

Este problema, llamado
"factorización de enteros",

es exactamente lo que cada uno de
sus celulares y portátiles usa actualmente

para proteger sus datos.

Ésta es la base del cifrado actual.

Y que toda la capacidad de cómputo
combinada del planeta no pueda resolverlo

es la razón por la que
los criptógrafos pensamos

que les habíamos
ganado a los descifradores.

Quizá nos volvimos un poco arrogantes.

Justo cuando creímos
haber ganado la guerra,

un grupo de físicos del siglo XX
se unieron a la fiesta

y revelaron que las leyes del universo,

las mismas leyes sobre las que
se construyó la criptografía actual,

no son cómo pensamos que eran.

Creíamos que un objeto no puede
estar en dos lugares a la vez.

No es así.

Creíamos que nada puede girar en sentido
horario y antihorario al mismo tiempo.

Pero no es así.

Y creíamos que dos objetos
en lugares opuestos del universo,

a años luz de distancia,

no pueden de ninguna manera afectarse
el uno al otro en el mismo instante.

También en eso nos equivocamos.

¿No es así como todo
parece funcionar en la vida?

Justo cuando pensamos
que ya lo conocemos todo,

un grupo de físicos aparece

y revela que las leyes fundamentales del
universo son diferentes a lo que creíamos.

Esto arruina todo.

Verán, en el diminuto reino subatómico,

al nivel de los electrones y protones,

las leyes clásicas de la física,
las que todos conocemos y adoramos,

se descartan por completo

y las leyes de la mecánica
cuántica entran en juego.

Según la mecánica cuántica,

un electrón puede girar en sentido horario
y antihorario al mismo tiempo,

y un protón puede estar
en dos lugares a la vez.

Suena a ciencia ficción,

pero es así porque la disparatada
naturaleza cuántica del universo

se esconde de nosotros.

Y permaneció oculta hasta el siglo XX.

Pero ahora que la hemos descubierto,

el mundo entero compite
por crear una computadora cuántica

que pueda usar el poder de este extraño
e inusual comportamiento cuántico.

Es algo tan revolucionario y tan poderoso,

que hará que las supercomputadoras
más rápidas de hoy

parezcan inservibles en comparación.

De hecho, para ciertos problemas
que nos interesan hoy,

las supercomputadoras más rápidas
se parecen más a un ábaco

que a una computadora cuántica.

Así es, me refiero a esos aparatitos
de madera con cuentas.

Las computadoras cuánticas pueden
simular procesos químicos y biológicos,

algo que no está al alcance
de las computadoras tradicionales.

Son una ayuda para resolver algunos de
los problemas más importantes del planeta.

Nos ayudarán a combatir
el hambre a escala global,

a enfrentar el cambio climático,

a encontrar cura
a enfermedades y pandemias

que hasta hoy no pueden curarse.

Nos ayudarán a crear una IA superhumana

y, tal vez lo más importante de todo,

a entender la naturaleza
misma del universo.

Pero este increíble potencial

trae consigo un enorme riesgo.

¿Recuerdan esos números grandes
que mencioné antes?

No me refiero a 851.

De hecho, si alguno se distrajo
intentado resolver el problema,

les voy a facilitar las cosas
y les daré la respuesta: 23 x 37.

(Risas)

Me refiero al número mucho
más alto que mencioné luego.

Si bien las supercomputadoras actuales
no podrían encontrar esta respuesta

en la vida del universo,

una computadora cuántica
podría factorizar con facilidad

números mucho mayores.

Las computadoras cuánticas descifrarán
todos los códigos usados actualmente

para protegernos de los hackers.

Y lo harán con facilidad.

Lo pondré de esta forma:

si una computadora
cuántica fuera una lanza,

el cifrado actual

–el sistema indescifrable
que nos ha protegido por décadas–

sería un escudo hecho de papel.

Quien tenga acceso a una computadora
cuántica tendrá la llave maestra

para desbloquear cualquier cosa
en nuestro mundo digital.

Podrían robar dinero de los bancos
y controlar las economías.

Podrían dejar a los hospitales
sin energía o lanzar bombas.

O podrían recostarse y observarnos a todos
a través de nuestras webcams

sin que nos demos cuenta.

La unidad fundamental de información
de todas las computadoras que usamos,

como la de esta celular,

se llama "bit".

Un bit puede ser uno de
dos estados: un cero o un uno.

Cuando hago una videollamada con mi mamá

–me va a matar por ponerla en pantalla–,

(Risas)

en realidad nos estamos enviando
una larga secuencia de ceros y unos

que rebotan de una computadora
a la otra, de satélite a satélite,

transmitiendo datos a alta velocidad.

Efectivamente, los bits son muy útiles.

De hecho, todo lo que hacemos
con la tecnología hoy día

es posible gracias
a la utilidad de los bits.

Pero comenzamos a darnos cuenta
de que los bits no son muy buenos

para simular moléculas
y partículas complejas.

Y es así porque, de cierta forma,

los procesos subatómicos pueden realizar
dos o más acciones opuestas a la vez,

pues se rigen por las leyes extrañas
de la mecánica cuántica.

Así que a fines del siglo pasado,

unos físicos astutos
tuvieron esta ingeniosa idea:

crear computadoras que se basen
en los principios de la mecánica cuántica.

La unidad fundamental de información
de una computadora cuántica es el cúbit​​.

Significa "bit cuántico".

En vez de tener únicamente
dos estados, como cero y uno,

el cúbit puede ser
un número infinito de estados.

Y esto corresponde a una combinación
de ceros y unos a la vez,

un fenómeno que
denominamos "superposición".

Cuando tenemos dos cúbits superpuestos,

estamos trabajando con todas
las cuatro combinaciones

de cero-cero, cero-uno,
uno-cero y uno-uno.

Con tres cúbits,

estaremos trabajando en superposición
con ocho combinaciones,

y así sucesivamente.

Cada vez que agregamos un cúbit,
duplicamos las combinaciones posibles

con las que podemos
trabajar en superposición

a la vez.

Entonces, cuando trabajamos
con muchos cúbits,

podemos trabajar con un número
exponencial de combinaciones

a la vez.

Y esto es apenas un indicio del potencial
de la computación cuántica.

Para el cifrado actual

nuestras claves secretas, al igual que
los dos factores de ese número grande,

son solamente largas
secuencias de ceros y unos.

Para dar con ellas,

una computadora tradicional debe
realizar todas las combinaciones posibles,

una tras otra,

hasta dar con la que funcione
para descifrar el código.

Pero con una computadora cuántica

que cuente con suficientes
cúbits en superposición,

la información puede extraerse
de todas las combinaciones a la vez.

En unos pocos pasos,

una computadora cuántica puede descartar
todas las combinaciones incorrectas,

seleccionar la correcta y así
desbloquear nuestros preciados secretos.

A ese nivel cuántico descabellado

sucede algo verdaderamente increíble.

La sabiduría convencional
de muchos físicos importantes

–les pido que me sigan en esto–

sugiere que cada combinación

en realidad es examinada por
su propia computadora cuántica

dentro de su propio universo paralelo.

Cada una de estas combinaciones
se suman como olas en una piscina.

Las combinaciones incorrectas
se cancelan mutuamente.

Y las combinaciones correctas
se refuerzan y amplifican unas a otras.

Así, al finalizar el programa
de computación cuántica,

solamente queda la respuesta correcta

que podemos observar en este universo.

Si no entienden esto
del todo, no desesperen.

(Risas)

Están en buenas manos.

Niels Bohr, uno de
los pioneros en este campo,

una vez dijo que toda persona capaz
de contemplar la mecánica cuántica

sin sentirse profundamente confundido,
no la ha comprendido.

(Risas)

Pero tienen una idea
de lo que estamos hablando,

y de por qué depende
ahora de los criptógrafos actuar.

Y debemos actuar con rapidez
porque las computadoras cuánticas

ya existen en laboratorios
de todo el mundo.

Afortunadamente, en este mismo momento,
existen únicamente a pequeña escala,

aún son demasiado pequeñas para descifrar
importantes claves criptográficas.

Pero puede que no estemos
seguros por mucho tiempo.

Algunos piensan que
agencias secretas del gobierno

ya han construido una
lo suficientemente grande,

pero no se lo han contado a nadie aún.

Según algunos críticos,
aún faltan unos 10 años.

Otros dicen que faltan unos 30.

Quizá crean que si estas computadoras
están a 10 años distancia,

eso baste para que los criptógrafos
descubran cómo hacer a la Internet segura.

Desafortunadamente, no es tarea sencilla.

Incluso si ignoramos
los muchos años necesarios

para estandarizar, implementar
y extender la nueva tecnología de cifrado,

de cierta forma, puede
que ya sea demasiado tarde.

Los criminales digitales
y las agencias gubernamentales

podrían estar ya almacenando
nuestra información cifrada más delicada

en anticipación al futuro cuántico.

Los mensajes de los líderes foráneos,

oficiales generales

o individuos que
cuestionan a los poderosos

están cifrados por ahora.

Pero tan pronto como llegue el día

en que alguien tenga acceso
a una computadora cuántica,

se podrá de forma retroactiva
descifrar datos del pasado.

En determinados sectores
gubernamentales, financieros y militares

la información delicada debe
permanecer clasificada por 25 años.

Por lo que si realmente se crea
una computadora cuántica en 10 años,

entonces estos tipos
ya están 15 años atrasados

para proteger sus cifrados.

Mientras muchos científicos del mundo

compiten por crear
una computadora cuántica,

los criptógrafos buscamos con urgencia
formas de reinventar el cifrado

para así protegernos
antes de que ese día llegue.

Buscamos nuevos y complicados
problemas matemáticos.

Buscamos problemas que,
al igual que la factorización,

puedan usarse hoy mismo
en nuestros teléfonos y portátiles.

Pero a diferencia de la factorización,

necesitamos que estos
problemas sean tan difíciles,

que sean imposibles de descifrar
incluso para una computadora cuántica.

Recientemente, hemos explorado un campo
mucho más amplio que la matemática

para encontrar esos problemas.

Hemos investigado números y objetos
que son mucho más exóticos y abstractos

que aquellos a los que
nos hemos acostumbrado.

Y creemos haber encontrado
unos problemas geométricos

que podrían ser justo lo que necesitamos.

A diferencia de los problemas
geométricos de dos o tres dimensiones

que solíamos resolver con
lápiz y papel cuadriculado en la escuela,

la mayoría de estos problemas
se definen en más de 500 dimensiones.

No son solamente difíciles de representar
y resolver en papel cuadriculado,

sino que, creemos, están incluso fuera
del alcance de las computadoras cuánticas.

Si bien recién comenzamos,

confiamos en este campo para intentar
proteger nuestro mundo digital,

a medida que el futuro cuántico se acerca.

Así como todo otro científico,

los criptógrafos estamos
extremadamente emocionados

ante la posibilidad de coexistir
con las computadoras cuánticas.

Podrían ser herramientas para el bien.

Pero sin importar cómo sea
nuestro futuro tecnológico,

los secretos siempre serán
parte de nuestra humanidad.

Y vale la pena protegerlos.

Gracias.

(Aplausos)