Esta semana, Google publica un artículo de investigación que describe cómo, en teoría, una computadora cuántica podría deducir la clave privada de Bitcoin en 9 minutos, con consecuencias en cadena que se extienden a Ethereum, otros tokens, bancos privados y, posiblemente, a todo en este mundo.
Las computadoras cuánticas se malinterpretan fácilmente como una versión más rápida de las computadoras normales. Pero no es un chip más potente ni un gran conjunto de servidores. Es un tipo de máquina completamente distinto, distinto incluso desde el nivel atómico.
Una computadora cuántica comienza con un anillo metálico muy pequeño y muy frío, donde las partículas empiezan a comportarse de formas que no se comportan en condiciones normales en la Tierra, de maneras que cambian lo que seguimos considerando como las reglas físicas fundamentales.
Entender eso, en términos físicos, es la diferencia entre solo leer sobre la amenaza cuántica y realmente comprenderla.
Cómo funcionan de verdad las computadoras y las computadoras cuánticas
Las computadoras normales almacenan información en bits: cada bit es solo 0 o 1. El bit es un interruptor diminuto. En términos físicos, es un transistor en un “chip”: una puerta microscópica que deja pasar la electricidad (1) o no la deja pasar (0).
Todas las fotos, todas las transacciones de Bitcoin, todas las palabras que alguna vez escribiste, se guardan como patrones de interruptores encendidos o apagados. No hay nada misterioso en un bit; es un objeto físico en uno de dos estados definidos.
Cualquier cálculo simple consiste en ordenar esos 0 y 1 muy rápido. Un chip moderno puede hacer miles de millones de operaciones de ese tipo cada segundo, pero aun así realiza cada operación por separado, en orden.
Las computadoras cuánticas usan lo que se llama qubit en lugar de bit. Un qubit puede ser 0, 1 o — y, aquí está la parte extraña — ¡ambas cosas al mismo tiempo!
Esto puede ocurrir porque el qubit es una clase completamente distinta de objeto físico. La forma más común, y también la que usa Google, es un anillo metálico superconductor extremadamente pequeño, enfriado hasta aproximadamente 0,015 grados por encima del cero absoluto, más frío que incluso el espacio exterior, pero que aun así existe en la Tierra.
A esa temperatura, la electricidad pasa a través del anillo sin resistencia, y se dice que la corriente está en un estado cuántico.
Dentro de ese anillo superconductor, la corriente puede circular en el sentido de las agujas del reloj (llámalo 0) o en sentido contrario (llámalo 1). Pero en la escala cuántica, la corriente no tiene por qué elegir una dirección y, en realidad, puede fluir en ambas direcciones al mismo tiempo.
No lo confundas con alternar entre dos estados muy rápido. Esa corriente se puede medir, comprobar experimentalmente y verificar mediante observación: está en ambos estados simultáneamente.
La física que deja perplejo
¿Hasta aquí bien? Bien, porque lo siguiente es realmente extraño: la física que hay detrás de cómo funciona no es intuitiva de inmediato y tampoco nació para ser intuitiva.
Todo lo que los seres humanos interactúan en la vida diaria obedece a la física clásica, que supone que un objeto está en un lugar en un momento. Pero las partículas no se comportan así en la escala increíblemente pequeña.
Un electrón no tiene una posición definida hasta que lo miras. Un fotón no tiene una polarización definida hasta que lo mides. Una corriente en un anillo superconductor no fluye en una dirección definida hasta que la obligas a elegir.
La razón por la que no experimentamos esto en la vida cotidiana es la decoherencia cuántica. Cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno —moléculas de aire, calor, vibraciones y luz—, el estado de superposición se colapsa casi al instante.
Un balón de fútbol no puede estar en dos lugares al mismo tiempo porque está interactuando con miles de millones de moléculas de aire, polvo, sonido, calor, gravedad, etc., cada nanosegundo. Pero si aísla una corriente extremadamente pequeña en un entorno de vacío cerca del cero absoluto, y la protege de cualquier posible perturbación, entonces el comportamiento cuántico puede durar lo suficiente como para calcular.
Por eso es tan difícil construir computadoras cuánticas. Los científicos están diseñando entornos físicos donde las reglas que normalmente impedirían que ocurriera este fenómeno se mantienen bajo control el tiempo suficiente para completar un cálculo.
La máquina de Google funciona dentro de criostatos de dilución del tamaño de habitaciones grandes, más fríos que cualquier cosa que exista en la naturaleza, rodeados por múltiples capas de blindaje contra interferencias electromagnéticas, vibraciones y radiación térmica.
Y los qubits siguen siendo extremadamente frágiles incluso así. Pierden su estado cuántico de forma continua, por lo que “corregir errores” se convierte en el tema dominante en cualquier conversación sobre escalado.
Por tanto, una computadora cuántica no es una versión más rápida de la computadora clásica. Aprovecha un conjunto diferente de reglas físicas, que solo aplican en escalas extremadamente pequeñas, a temperaturas extremadamente bajas y durante intervalos extremadamente cortos.
Ahora multiplica eso.
Dos bits normales pueden estar en uno de cuatro estados (00, 01, 10, 11), pero solo en un estado a la vez (porque la corriente solo fluye en una dirección). Dos qubits pueden representar los cuatro estados al mismo tiempo, porque la corriente está fluyendo en todas las direcciones al mismo tiempo.
Tres qubits representan ocho estados. Diez qubits representan 1.024. Cincuenta qubits representan más de un millón de billones. La cifra se duplica con cada qubit adicional, por lo que el escalado es extremadamente exponencial.
El segundo truco se llama entrelazamiento cuántico. Cuando dos qubits están entrelazados, medir un qubit le dice inmediatamente al observador algo sobre el otro qubit, sin importar qué tan lejos estén. Esto permite que una computadora cuántica coordine en todo el conjunto de estados simultáneos de una manera que el cálculo paralelo tradicional no puede hacer.
Y estas computadoras cuánticas se configuran para que las respuestas incorrectas se cancelen entre sí (como ondas que se superponen y se aplanan) mientras que las respuestas correctas se amplifiquen (como ondas que se superponen en crestas más altas). Al final del cálculo, la respuesta correcta tiene la mayor probabilidad de ser medida.
Por lo tanto, esto no es velocidad de fuerza bruta. Es una forma de computar completamente diferente: una manera de permitir que la naturaleza explore un espacio de posibilidades que crece de forma exponencial y luego “colapse” hacia la respuesta correcta mediante física, no mediante lógica.
La enorme amenaza para la criptografía
Toda esa física que deja perplejo es la razón por la que resulta peligrosa para la criptografía.
La matemática que protege a Bitcoin se basa en la suposición de que verificar todas las claves podría tardar más que la edad del universo.
Pero una computadora cuántica no verifica cada clave. Descubre todas a la vez y usa la interferencia para hacer aparecer la respuesta correcta.
Ahí es donde entra Bitcoin. En una dirección, desde la clave privada hasta la clave pública, solo tarda unos pocos milisegundos. En la dirección inversa, desde la clave pública de vuelta a la clave privada, una computadora clásica tardaría un millón de años, o incluso más que la edad del universo. Esa asimetría es precisamente lo que demuestra que alguien está en posesión de sus monedas.
Una computadora cuántica que ejecute el algoritmo llamado Shor puede atravesar “ese obstáculo”. El artículo de Google de esta semana muestra que podría hacerlo con muchos menos recursos de los que todos habían estimado antes, y en un marco de tiempo que compite directamente con el tiempo de confirmación de un bloque de Bitcoin.
Por eso, la amenaza de que las computadoras cuánticas rompan la criptografía del blockchain es lo que hace que la gente realmente se preocupe.
Cómo se desarrollaría un ataque paso a paso, qué cambió exactamente el artículo de Google y qué significa todo esto para los 6,9 millones de bitcoin que se han visto expuestos, será el tema de la siguiente parte de esta serie.
