Limitaciones de la Computación Cuántica en Criptografía

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Limitaciones de la Computación Cuántica en Criptografía

Curso de Fundamentos de Criptografía

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La relación entre computación cuántica y criptografía genera debates intensos en la comunidad de seguridad informática. Existe una creencia extendida de que los sistemas cuánticos podrían romper los criptosistemas actuales, pero la realidad técnica presenta limitaciones físicas muy concretas que hacen de esta amenaza algo mucho más teórico que práctico. Comprender cómo funciona un sistema cuántico permite evaluar con claridad qué tan viable es este escenario.

¿Qué es un qubit y por qué cambia las reglas del cómputo?

Para entender la computación cuántica es fundamental partir del concepto de qubit (quantum bit). A diferencia de un bit clásico que solo puede ser cero o uno, un qubit se encuentra en una superposición de estados entre ambos valores simultáneamente [0:48]. Esto se deduce de las propiedades cuánticas de las partículas, demostradas en experimentos como el de la doble rendija, donde las partículas se comportan como ondas y como partículas a la vez cuando no se les observa [0:36].

Esta capacidad de superposición permite que un qubit procese información de maneras que un bit convencional no puede. En teoría, es posible ajustar las propiedades del entorno para que el qubit resuelva problemas específicos. Sin embargo, un solo qubit únicamente entrega valores entre cero y uno, lo que limita su utilidad de forma aislada [1:12].

¿Por qué es tan difícil escalar los qubits?

El verdadero desafío aparece cuando se intenta trabajar con múltiples qubits en conjunto. Estos se desestabilizan con enorme facilidad porque deben mantenerse en cero contacto con cualquier elemento del entorno [1:22]. Mantener la estabilidad requiere tecnologías de materiales muy específicas o temperaturas extremadamente bajas.

Cuando se entrelazan varios qubits, estos crean interacciones entre sí. Al calibrar el sistema cuántico para obtener una aproximación al resultado deseado, es muy probable generar interferencia con otros elementos del sistema [2:18]. Este fenómeno hace que sea progresivamente más difícil añadir qubits adicionales.

¿Cuál es el estado actual de la tecnología cuántica?

Los avances más recientes han alcanzado capacidades de alrededor de mil qubits [2:40]. No obstante, a este nivel la inestabilidad es tan alta que resulta muy complicado mantener el sistema funcionando de forma confiable para usos industriales o criptográficos.

¿Puede la computación cuántica romper criptosistemas como RSA?

En teoría, sí. Un sistema cuántico podría paralelizar problemas como el cómputo del logaritmo discreto o la factorización de números primos grandes [1:44]. Utilizando estas técnicas sería posible romper el criptosistema RSA, cuya seguridad depende precisamente de la dificultad computacional de factorizar números primos de gran tamaño.

Sin embargo, estudios recientes indican que para resolver este problema se necesitarían aproximadamente un millón de qubits funcionando de manera estable [1:56]. Considerando que la tecnología actual apenas sostiene mil, la brecha entre lo teórico y lo práctico es enorme.

La factorización de números primos grandes requiere alrededor de un millón de qubits.
Los sistemas actuales alcanzan cerca de mil qubits con alta inestabilidad.
Escalar más allá de estos límites genera interferencias que degradan los resultados.

¿Para qué se usa realmente la computación cuántica hoy?

Los usos más comunes de los sistemas cuánticos están orientados hacia la simulación de sistemas complejos que representan fenómenos de la realidad y hacia estudios científicos que requieren modelaciones de alta complejidad [2:54]. La computación cuántica se ha volcado hacia aplicaciones de investigación más que hacia la ruptura de criptosistemas.

Esto no significa que la amenaza sea inexistente, sino que lo que resulta factible en papel es muy difícil de replicar en la práctica [3:10]. Además, ya existen criptosistemas con resistencia cuántica [3:18]. Estos se basan en problemas matemáticos que siguen siendo extremadamente difíciles de resolver incluso con una computadora cuántica, ya que no todos los problemas criptográficos son vulnerables a las ventajas que ofrece el cómputo cuántico.

La expectativa es que los criptosistemas actuales se mantengan seguros durante bastante tiempo, a menos que se encuentre una forma de incrementar la cantidad de qubits de manera sustancial [3:32]. Por ahora, la tecnología sugiere que ese salto no está cerca. Si te interesa la seguridad computacional, vale la pena seguir de cerca los avances en criptografía post-cuántica y compartir tus reflexiones sobre cómo estos desarrollos podrían afectar los sistemas que usamos a diario.

Diego Fernando Ramos Aguirre

Hace 2 años

Computación Cuántica

Uno de los temas de discusión respecto a la criptografia y su vigencia a largo plazo, es la computación cuantica ya que existe la creencia que con estos sistemas se podrian romper tambien criptosistemas ya que podemos violar algunas de las asunciones de seguridad computacional, sin embargo esto no es del todo cierto ya que la computación cuantica se ha enfocado a aplicaciones de investigación y menos en romper criptosistemas, si bien es cierto que se puede utilizar la computacion cuantica para estos propositos existen algunas limitaciones.

Por ejemplo el experimento de doble rendija, es un experimento que muestra las propiedades cuanticas cuando no se les esta observando, por lo que podriamos crear una representación cuantica de un bit, que llamaremos qubit, por lo que viene de quantum bit el cual se encontraria en una superposición de estados entre un cero y un uno, asi ajustar las propiedades del entorno y que el qubit resuelva el problema que le estamos dando.

El problema radica en que un qubit solo da valores entre 0 y 1 , ya que si nosotros queremos recopilar mas información o colocar mas qubits en conjunto estos se desestabilizan muy facilmente, debido a que tiene que estar en cero contacto con nada mas en el entorno, ya que si tenemos mas de un bite debemos asegurarnos que los qubit en conjunto interactuen de la forma que esperamos, lo que se da utilizando tecnologias de materiales muy especificas o muy bajas temperaturas.

Entonces se puede utilizar para paralelizar problemas como por ejemplo el computo del logaritmo discreto u otros problemas como factorizar numeros primos grandes, ya que utilizando estas técnicas podriamos en teoria romper el criptosistema RSA , sin embargo estudios resientes han revelado que lo que necesario para resolver el problema de la factorización de numeros primos grandes es al rededor de un millon de qubits, pero a este nivel se vuelven tan inestables que es dificil mantenerlos en conjunto

A pesar que existen formas que son factibles en papel, en la practica son difíciles de replicar, adicionalmente existe listas y propiedades de los criptosistemas que garantizan resistencia a los sistemas cuanticos ya que hay problemas que son complejos de resolver aun utilizando una computadora cuantica.

Comentarios (14)14 comentarios

Christian Van Der Platzi

Team Platzi

Hace 3 años

Ivonne Castilla

Hace 21 días

Toni Alexander Ramírez Abrego

Hace un mes

Carlos Ernesto Galán Serrano

Hace 4 meses

Arístides Pérez Hernández

Hace 6 meses

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