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Seguridad en la Computación Cuántica

Las capacidades de procesado de datos de los ordenadores cuánticos que permiten realizar avances exponenciales en todos los campos de la ciencia, también pueden suponer un reto para los gestores de seguridad informática, al enfrentarse a una potencia de cálculo capaz de hackear cualquier contraseña o algoritmo de seguridad.

En este terreno trabaja Nathan Hamlin, director del Math Learning Center en la Universidad del Estado de Washington, quien ha publicado un interesante paper en Open Journal of Discrete Mathematics sobre cómo las matemáticas pueden ayudar a resolver este reto. El autor se basa en un código que escribió para una tesis doctoral —llamado Generalized Knapsack Code— y asegura que sería capaz de “frustrar” a los piratas informáticos del futuro.

El documento aclara malentendidos sobre el complejo campo de la criptografía de clave pública y proporciona una base común de entendimiento para los expertos técnicos que tendrán la tarea de diseñar nuevos sistemas de seguridad de Internet para la era de la computación cuántica.

El diseño de sistemas de seguridad para proteger los datos implica expertos de muchos campos diferentes que trabajan con números de manera diferente.” —dijo Hamlin— “Va a haber matemáticos puros y aplicados, programadores e ingenieros entre todos los involucrados en el proceso en algún momento. Para que funcione en la vida real, todas estas personas necesitan tener un lenguaje común para comunicarse de manera que puedan tomar importantes decisiones sobre cómo proteger las transacciones en línea y comunicaciones personales en el futuro “.

Preparados para la computación cuántica del futuro

Los ordenadores cuánticos operan en el nivel subatómico y teóricamente proporcionan capacidad de procesamiento de millones, incluso miles de millones de veces, más rápida que las computadoras basadas en silicio.

Un pirata armado con un ordenador cuántico de próxima generación, en teoría, podría descifrar cualquier comunicación por Internet enviada hoy, dijo Hamlin. Con el fin de crear un sistema de seguridad en línea mejor y estar preparados para futuras demandas, los profesor de matemáticas Hamlin y el ya retirado William Webb crearon el Código Generalized Knapsack en 2015 mediante la adaptación de una versión anterior del código con representaciones de números alternativos que van más allá de los estándares binarios y secuencias de base 10 que usan los ordenadores de hoy para operar.

Fuente: Universidad del Estado de Washington

Proceso de encriptado descrito en el estudio (Imagen: WSU)

Codificar o no codificar, ese es el reto cuántico

Los propios requisitos de la computación cuántica obligará a quienes tengan que analizar sus datos o ejecutar algoritmos a cifrar la información. Debido a este requisito, los investigadores de DTU Physics  y la Universidad de Toronto han investigado si un ordenador cuántico puede funcionar igual de bien con señales codificadas y no codificadas. Los resultados indican que la eficacia se mantiene casi sin cambios.

El desarrollo de un ordenador cuántico universal, generalmente se considera el objetivo final dentro del área de la física llamada teoría de la información cuántica.

Si se logra este objetivo permitirá enorme progreso dentro de una larga lista de campos de estudio en los efectos cuánticos son importantes. Esto aceleraría, por ejemplo, el diseño de nuevos medicamentos o nuevos tipos de materiales para la construcción o la electrónica.

Inspirado por la historia del desarrollo de la ordenador clásico, los investigadores esperan que la primera generación de ordenadores cuánticos será grande, caro y difícil de operar y mantener. Por estas razones también se espera que estos dispositivos, al menos al principio, solamente estarán disponibles para las grandes organizaciones y gobiernos.

Esto conduce a la idea de computación cuántica delegada , donde un usuario obtiene acceso a un ordenador cuántico centralizada a través de una red, a menudo considerado como una versión cuántica de la Internet. Si el usuario lo desea desea la solicitud enviada a la computadora cuántica debería ser secreta, incluso para el propio ordenador cuántico, que es capaz de cifrarla y descifrarla. La pregunta entonces es si un ordenador cuántico que está trabajando a ciegas, porque la entrada está cifrada, es tan eficiente como cuando se está trabajando en una entrada normal. En un artículo publicado en Nature Communications, Kevin Marshall y otros colaboradores asegura que que no hay una reducción significativa en esta eficiencia. En otras palabras, un quantum ordenador funciona igual de bien con señales codificadas y no codificadas.