Los maestros de códigos corren para asegurar Internet a medida que avanza la amenaza cuántica

Con la computación cuántica en el horizonte, los criptógrafos están trabajando para asegurar las comunicaciones digitales contra una nueva generación de posibles amenazas.

¿Cómo se burla de una computadora que pronto podría eclipsar cualquier cosa que hayamos construido? Ese es el desafío que enfrentan los investigadores que están trabajando para construir nuestras defensas contra la próxima era de la computación cuántica.

Las computadoras cuánticas prometen un salto gigante en el poder computacional, pero también traerán riesgos. Sus capacidades de ruptura de código podrían permitir a los gobiernos o delincuentes interceptar comunicaciones en línea y robar datos confidenciales. La amenaza no es distante.

Según el profesor Marcos Curty, un experto líder en comunicación cuántica y criptografía, existe una probabilidad razonable de que las primeras computadoras de este tipo se activen dentro de los próximos 10 a 15 años. Necesitamos comenzar a prepararnos ahora.

«Queremos asegurarnos de que los mensajes puedan seguir siendo enviados de forma segura sin que alguien pueda acceder a esa información, ya sea ahora o en el futuro cercano», dijo.

Entrenamiento para mañana

Curty es profesor de ingeniería de comunicaciones en la Universidad de Vigo en España y el Director Científico del Centro de Comunicación Quantum VIGO (VQCC) basada allí.

Financiado por parte de la UE, el VQCC comenzó oficialmente en enero de 2022. Es un nodo clave en la infraestructura de comunicaciones cuánticas europeas: el esfuerzo insignia de la UE para construir una infraestructura de comunicación cuántica segura en toda Europa.

El objetivo es hacer de Vigo un centro internacional para comunicaciones seguras cuánticas. En línea con esta ambición, Curty está coordinando una red de capacitación financiada por la UE llamada Internet a sabor cuántico (QSI) para desarrollar la criptografía resistente a la cantidad y las tecnologías de distribución de claves cuánticas.

Reuniendo a investigadores de cinco países de la UE, así como de Canadá, Japón, Suiza, el Reino Unido y los Estados Unidos, la red tiene la intención de capacitar a jóvenes criptógrafos para los desafíos de un mundo de la informática cuántica.

El reloj está funcionando

Las computadoras cuánticas aún pueden tener unos años libres, pero los riesgos ya están presentes.

«Una de nuestras mayores preocupaciones con la criptografía es el concepto ‘tienda ahora, descifrar más tarde'», dijo Silvia Ritsch, Ph.D. candidato en la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos. «Alguien podría almacenar sus comunicaciones cifradas hoy y esperar hasta que tenga las herramientas para acceder a ellas en el futuro».

La idea es simple, pero grave. Los terceros pueden interceptar y almacenar datos cifrados ahora, y esperar hasta que las herramientas de descifrado más potentes, como las computadoras cuánticas, estén disponibles en el futuro. Una vez que tienen esas herramientas, pueden regresar y descifrar los datos almacenados, que aún pueden ser sensibles o valiosos.

Ahí es donde entran los criptógrafos. Estudian, diseñan y prueban nuevos métodos para proteger los datos. Su papel adquirirá una importancia adicional en el contexto de la computación cuántica.

Según Curty, la mejora de la infraestructura digital que protege las comunicaciones podría llevar de cinco a siete años, lo que hace que la preparación temprana y las mejoras en la criptografía sean esenciales.

Herramientas en evolución para la tecnología en evolución

Los códigos no son nuevos. Julius César utilizó un cifrado simple basado en el alfabeto para ocultar la información militar. Con el tiempo, estos sistemas simples se han convertido en los complejos métodos criptográficos en los que confiamos hoy, protegiendo todo, desde pagos en línea hasta registros de salud personales.

«Proteger los secretos de la compañía del espionaje digital extranjero se volverán aún más relevantes en el futuro», dijo Curty. «Y las preocupaciones sobre la privacidad personal se han vuelto más prominentes, especialmente después de las recientes revelaciones de denunciantes sobre la vigilancia masiva».

Los sistemas de cifrado de hoy dependen de los rompecabezas matemáticos que son fáciles de resolver con una clave privada, pero extremadamente difíciles sin uno. Estos rompecabezas forman la columna vertebral de la comunicación segura en línea. Pero a medida que se desarrollan las capacidades de computación cuántica, pueden ser más fáciles de descifrar.

Hay dos posibles soluciones: la criptografía cuántica, basada en la mecánica cuántica y la criptografía posterior al quanto, que depende de algoritmos matemáticos avanzados.

El rompecabezas cuántico

Otro miembro del equipo de QSI es Alex Grilo, un investigador experimentado de criptografía del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia con sede en la Universidad de Sorbonne en París, Francia. Se especializa en la construcción de cifrado de clave pública cuántica y protocolos de intercambio secreto, y advierte sobre los peligros potenciales.

«Si un partido malicioso rompe nuestra criptografía actual usando una computadora cuántica, toda nuestra información privada es repentinamente vulnerable», dijo.

Esa es la mala noticia. El buen lado de Quantum es que también puede ofrecer soluciones a este problema.

La criptografía cuántica utiliza los principios de la mecánica cuántica para permitir una comunicación segura. Una ventaja de los sistemas cuánticos es que la información no se puede medir o copiar sin cambiarla, lo que significa que los intentos de espía son detectables.

«Cualquier intento de un español de acceder a la información codificada en un estado cuántico inevitablemente perturbará al estado», dijo Curty.

El método utiliza una cadena de pulsos de luz que actúan como un código Morse avanzado que no puede ser interceptado sin ser interrumpido.

«Si intenta copiar una partícula cuántica, perturbará la partícula», explicó Alessandro Marcomini, un Ph.D. Estudiante de la Universidad de Vigo. Su investigación se centra en el uso de sistemas cuánticos para compartir de forma segura las claves criptográficas, en lugar del mensaje en sí.

La criptografía posterior al quanto, por otro lado, no depende de la física cuántica, sino que desarrolla nuevos algoritmos matemáticos diseñados para ser difíciles para las computadoras cuánticas para resolver. Esta es el área donde Ritsch ha centrado su investigación doctoral.

«Las computadoras cuánticas funcionan de manera muy diferente a las computadoras clásicas, por lo que requiere que realmente pensemos de manera diferente sobre los problemas», dijo. Esto implica el diseño de problemas no lineales y cambios de paradigma que rompa las computadoras cuánticas.

Construyendo una defensa global

Claramente, este es un tema de preocupación global, y el intercambio y la colaboración internacionales son fundamentales para el trabajo del equipo QSI, no solo dentro de Europa, sino también más allá.

Ritsch visitó recientemente la Universidad de Amsterdam para profundizar su experiencia en criptografía. En 2024, Marcomini pasó tres meses en la Universidad de Toyama en Japón, donde trabajó junto con expertos japoneses en comunicación cuántica. Se planea un intercambio adicional en 2025.

Tanto Marcomini como Grilo se unirán con socios japoneses para presentar su trabajo en la Expo 2025 en Osaka, Japón. A través de conversaciones en japonés e inglés, demostraciones interactivas y juegos para niños, su objetivo es crear conciencia sobre las amenazas cuánticas y mostrar las mentes creativas que trabajan para contrarrestarlos.

Las computadoras cuánticas aún pueden estar a una década del uso generalizado, pero la carrera para asegurar Internet ya ha comenzado.