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Un automóvil (línea verde) y una computadora (línea amarilla) se identifican correctamente mediante un algoritmo de aprendizaje automático. Pero cuando se agrega ruido aleatorio a la imagen, que representa un ataque cibernético, el algoritmo comete un error y clasifica la computadora como un automóvil (línea rosa). Crédito: CSIRO
Los algoritmos de IA están en todas partes. Son la base de casi todos los sistemas autónomos y robóticos implementados en aplicaciones de seguridad. Esto incluye reconocimiento facial, biometría, drones y vehículos autónomos utilizados en aplicaciones de vigilancia de combate y objetivos militares.
Los algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático están capacitados para clasificar e identificar características de imágenes, como las características de nuestras caras en el reconocimiento facial. Pero los datos que sustentan estos algoritmos pueden ser vulnerables a los ataques cibernéticos. La manipulación sutil de los datos de la imagen mediante la eliminación de solo unos pocos píxeles (invisibles para el ojo humano) puede generar predicciones incorrectas e incluso representar amenazas graves para la seguridad.
¿Es la computación cuántica la respuesta?
Investigación publicada el 25 de mayo en Naturaleza Máquina Inteligencia por investigadores de Data61 de CSIRO y la Universidad de Melbourne revela que los avances en la tecnología cuántica pueden ser la clave para proteger los algoritmos de IA de los ataques cibernéticos.
El Dr. Muhammad Usman es el autor principal principal del artículo y líder del equipo de Quantum Systems en Data61 de CSIRO. Describió el potencial de integrar la computación cuántica con la IA como una tecnología revolucionaria.
«La búsqueda de la ventaja cuántica se está calentando», dijo Usman.
«El aprendizaje automático cuántico es una de las aplicaciones pioneras de la computación cuántica. Al integrar la tecnología cuántica con el aprendizaje automático, podemos acelerar el entrenamiento de la IA y mejorar la solidez contra los ataques cibernéticos».
¿Qué es todo este alboroto sobre la computación cuántica?
En todo el mundo, el interés por la tecnología cuántica está aumentando. El 3 de mayo de 2023, el gobierno australiano lanzó la Estrategia Nacional Cuántica, con la visión de que Australia sea reconocida como líder en la industria cuántica global para 2030. La Estrategia establece que se espera que las tecnologías cuánticas creen una industria cuántica australiana con un valor de $6 B para 2045.
Hemos establecido nuestra ambiciosa Quantum Future Science Platform para desarrollar estas tecnologías líderes en el mundo y lanzamos un nuevo programa que pronto aceptará estudiantes para convertirse en la próxima generación de especialistas en tecnología cuántica.
Se ha entrenado un algoritmo de aprendizaje automático para identificar personas (imagen superior izquierda). El algoritmo identifica correctamente a las personas (imagen superior derecha), pero si solo se modifican unos pocos píxeles en un ciberataque (imagen inferior izquierda), el algoritmo no puede identificar a las personas (imagen inferior derecha). En el caso de un coche sin conductor, si un algoritmo de aprendizaje automático predice que no hay personas en la carretera como resultado de un ciberataque, las consecuencias podrían ser graves. Crédito: Jan Hendrik Metzen et al, Universal Adversarial Perturbations Against Semantic Image Segmentation, arXiv (2017). DOI: 10.48550/arxiv.1704.05712
Cómo funciona
La computación cuántica es un nuevo campo de la computación. Almacena información como «qubits» en lugar de «bits» binarios. Mientras que un solo bit puede almacenar o procesar información en forma de 0 y 1 en una computadora convencional, un qubit cuántico puede colocarse en un estado 0 o 1 o representar ambos estados simultáneamente. Esto se llama superposición.
Una segunda propiedad especial de la mecánica cuántica se conoce como entrelazamiento, que permite que los qubits interactúen entre sí a largas distancias sin ninguna conexión física. Einstein lo llamó «acción espeluznante a distancia».
Los cálculos o las funciones de descifrado de códigos que pueden llevar miles de años a una computadora convencional, podrían tomar solo horas en una computadora cuántica.
La ventaja cuántica
A medida que más industrias, desde el transporte hasta la defensa y la banca, incorporen IA, la seguridad será primordial. Quantum podría ayudar a garantizar que las tecnologías impulsadas por IA sean resistentes a los ataques y pueden proporcionar una ventaja competitiva para los primeros usuarios.
Pero Usman advierte que las computadoras cuánticas también podrían usarse para generar ataques cibernéticos muy poderosos.
«Esta es una amenaza de seguridad cibernética muy grave. Sin embargo, se avecinan avances rápidos en hardware y software cuánticos y estrategias de mitigación de errores más sofisticadas. Las computadoras cuánticas del futuro cercano deberían permitir que los algoritmos de aprendizaje automático cuántico comiencen a demostrar ventajas», dijo Usman.
«Esta es una dirección de investigación muy emocionante que podría tener importantes implicaciones socioeconómicas y de seguridad para Australia».
Más información:
Maxwell T. West et al, Hacia la robustez adversarial mejorada cuántica en el aprendizaje automático, Naturaleza Máquina Inteligencia (2023). DOI: 10.1038/s42256-023-00661-1
Citación: ¿Puede la computación cuántica proteger a la IA de los ciberataques? (2023, 26 de mayo) recuperado el 26 de mayo de 2023 de https://techxplore.com/news/2023-05-quantum-ai-cyber.html
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