Una de las tecnologías más prometedoras y disruptivas del siglo XXI es la computación cuántica. Esta tecnología permite realizar cálculos complejos a velocidades exponencialmente más rápidas que las computadoras clásicas actuales. Sin embargo, esto ha generado tanto entusiasmo como preocupación, especialmente en el mundo de las tecnologías descentralizadas como blockchain. Pero ¿Por qué? ¿Qué ventajas y riesgos aporta esta tecnología al ecosistema blockchain? ¿Cómo puede afectar el futuro de esta tecnología? Este artículo explora cómo la computación cuántica puede impactar el futuro del blockchain, tanto en términos de seguridad como de innovación.
¿Qué es realmente la computación cuántica?
Cuando hablamos de computación cuántica nos referimos a un tipo de computación que aprovecha las propiedades únicas de la física cuántica para realizar cálculos complejos de manera más rápida y eficiente que las computadoras tradicionales. Así, en lugar de usar una representación binaria que conocemos como «bits» (que pueden ser 0 o 1), las computadoras cuánticas usan qubits, que pueden existir en un estado de 0, 1, o una superposición de ambos estados (o varios estados) al mismo tiempo. Esto permite a las computadoras cuánticas procesar mucha más información de manera simultánea.
Mentes brillantes
La idea de la computación cuántica comenzó a tomar forma en la década de 1980, aunque los conceptos fundamentales de la mecánica cuántica se desarrollaron a inicios del siglo XX, gracias a las mentes de Max Planck, Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Ludwig Boltzmann o Louis de Broglie. Fueron los avances de estos últimos científicos, los que crearon las bases que luego permitirían a tres personas iniciar lo que conocemos hoy como computación cuántica:
Richard Feynman, que en 1981 propuso la idea de una computadora cuántica, sugirió que una computadora basada en principios cuánticos podría simular sistemas cuánticos de manera más eficiente que una computadora clásica. Su idea sentó las bases para el desarrollo de la computación cuántica y motivó a otros investigadores a explorar este campo.
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Poco tiempo después, David Deutsch, en 1985, publicó un artículo en el que describió el primer modelo de una computadora cuántica universal (máquinas de Turing cuánticas). Este modelo demostró que una computadora cuántica podría realizar cualquier cálculo que una computadora clásica pudiera hacer, pero de manera más eficiente para ciertos problemas. El trabajo de Deutsch proporcionó un marco teórico sólido para el desarrollo de algoritmos cuánticos y la arquitectura de las computadoras cuánticas. Al mismo tiempo demostraba la capacidad de usar la computación cuántica para crear programas/algoritmos cuánticos de cualquier tipo y ser ejecutados.
Algoritmo de Shor
Finalmente, en 1994, Peter Shor, un matemático y científico de la computación estadounidense, desarrolló el algoritmo de Shor. Este algoritmo puede factorizar números grandes en un tiempo polinomial, una tarea que las computadoras clásicas no pueden hacer de manera eficiente. El algoritmo de Shor demostró el potencial de las computadoras cuánticas para resolver problemas que son prácticamente imposibles para las computadoras clásicas, como la factorización de números grandes, lo que tiene importantes implicaciones en la criptografía.
De hecho, este algoritmo es la base para el uso de computadoras cuánticas en criptografía, más precisamente para romper el cifrado de curva elíptica que usamos en la actualidad en nuestra vida digital (ej: Internet, smartphones, blockchain, y más). Ahora, ya sabes de dónde viene el terror a la computación cuántica y el peligro que representa para nuestra vida digital. Sobre todo, a quienes usamos blockchain y confiamos en la criptografía la seguridad de nuestras redes.
Complejo, pero apasionante
Ahora bien, todo esto suena complejo, ¿verdad?. Pues lo es más de lo que parece en realidad. Por ello, la mejor manera de ver este concepto es con un ejemplo. Imagina por un momento que tienes un laberinto y necesitas encontrar la salida. En una computadora clásica, la que usamos en cosas como nuestros PC o smartphones, el proceso sería similar a un ratón que recorre el laberinto paso a paso, probando cada camino uno por uno hasta encontrar la salida. Esto puede llevar mucho tiempo si el laberinto es muy complejo. Tedioso, lento e ineficiente, dependiendo del tamaño del laberinto y nuestra suerte, podemos tardar segundos en encontrar la salida, años, milenios o incluso no encontrarla nunca, porque nuestra computadora es incapaz de resolver el problema (le faltan recursos para resolver el problema).
Pero en una computadora cuántica el proceso es completamente distinto. En este caso es como si nuestro ratón pudiera estar en todos los caminos del laberinto al mismo tiempo y hallar la salida simplemente haciendo la comprobación correspondiente. Así, en un instante, el ratón podría identificar la ruta correcta y encontrar la salida. Esto es posible gracias a lo que en física cuántica se conoce como superposición, una característica que nos permite configurar la materia y sus estados básicos, en un estado de existencia múltiple en un mismo periodo de tiempo.
No todo es oro en la computación cuántica
Por supuesto, este estado no es fácil de alcanzar, se necesitan equipos muy costosos, muy bajas temperaturas y un control muy estricto. Incluso en esas condiciones, los errores son frecuentes y no es que podamos controlar grandes cantidades de qubits de forma simultánea sin que ese margen de error no crezca de forma relevante. Esto último es importante, y te pido que lo tengas en cuenta, porque más adelante te ayudará a entender esta tecnología y donde nos encontramos en la actualidad.
Hasta este punto entendemos de forma muy básica cómo funciona la computación cuántica y cómo puede cambiar nuestro mundo digital. Hablamos de máquinas que pueden hacer cálculos a niveles que una computadora normal no puede. Por ejemplo, nuestro computador más potente «El Capitán», inaugurado este mes de noviembre de 2024 y creado por AMD, Hewlett Packard Enterprise (HPE) y Lawrence Livermore National Laboratory, tardaría cientos de miles de años en romper una sola dirección de Bitcoin y romper la firma digital que la protege. Un computador cuántico haría esto en cuestión de horas o segundos, si tiene la potencia cuántica necesaria (decenas de miles de qubits).
Google y Sycamore
Pero ¿Por qué conociendo el poder de la computación cuántica aún estamos lejos de usarla de forma común? La verdad es que no solo es complejo hacer un computador cuántico, sino que nos exige controlar la materia (átomos en realidad) a un nivel tan complejo que nos es casi imposible mantener un funcionamiento sostenido de esos equipos.
Por ejemplo, el computador cuántico de Google más reciente usa un dispositivo que tiene el nombre de Sycamore, un integrado capaz de representar 53 qubits de forma constante. Google lo uso para realizar una serie de cálculos que en Summit (la segunda supercomputadora más potente del mundo) habrían tardado 2,5 días en completarse.
Pero en su prueba, Google solo tardó 200 segundos en lograr el éxito usando Sycamore. 200 segundos fue lo que necesitó Google, con todo sus conocimiento y capacidades, en hacer funcionar este computador cuántico. Y es fácil entender el motivo, ya que para su funcionamiento correcto Google debe garantizar que Sycamore esté a temperaturas ultrabajas (menos de 200 grados Celsius) y ajustar todo su equipo para filtrar ruidos y errores del sistema. Y es que cualquier mínimo error se amplifica y hace que los cálculos fallen, algo que Google dejó en evidencia, porque Sycamore está en funcionamiento desde 2018 y no han ampliado esa capacidad de tiempo.
Costosa y limitada
Ahora imagina que tienes un computador potente en tu poder, pero solo puedes usarlo por segundos y con un enorme coste operativo. No parece muy útil, especialmente cuando nuestros computadores actuales pueden durar años encendidos sin problemas. De hecho, el récord de tiempo de funcionamiento ininterrumpido (uptime) para una computadora en la Tierra es de 18 años y fuera de la Tierra es de 47 años (alcanzado por la Voyager 1, que aún sigue funcionando más allá de Plutón y fue lanzada en 1977).
Está claro que, de momento, la computación cuántica no solo es costosa, sino que es muy limitada a nivel funcional. De hecho ¿Qué sistema operativo usa? La verdad ninguno, todo se programa previamente en nuestros computadores actuales y se cargan las instrucciones en su núcleo cuántico para que se ejecuten, una tarea que solo especialistas en computación cuántica pueden hacer. Sin duda, estamos ante una tecnología potente, pero que tiene muchos desafíos por delante ante de que se masifique de forma real.
Sistemas pseudo-cuánticos y su realidad
Muchas empresas buscan hacerse con el término «computación cuántica» vendiendo algo que se asemeja a una computadora cuántica, pero que no lo es. Un ejemplo de esto es D-Wave, quienes por un par de millones de dólares te venden «computadores cuánticos de 1000 qubits o más», pero en realidad lo que te venden son computadores como los actuales, con una interfaz de control basada en una versión modificada de GNU/Linux, que es capaz de usar unidades de computación basadas en silicio, que aceleran ciertos cálculos cuánticos conocidos. Básicamente, hablamos de FPGA cuánticos que puedes usar para ciertas tareas y que funciona muy bien, pero no es realmente un computador cuántico en el sentido estricto de la palabra.
De hecho, los D-Wave son quizá los computadores pseudo-cuánticos más conocidos del sector, porque por ejemplo, China se ha hecho noticia en el mundo por «romper el cifrado RSA usando computación cuántica», algo que han con un computador D-Wave Advantage2 (creado por Estados Unidos). Sin embargo, la noticia tiene truco, porque en realidad el cifrado roto es solo una versión muy limitada de RSA que usa cifrado de 40 bits. En comparación, RSA-1024 (de 1024 bits) no se usa desde hace más de 20 años y los estándares de seguridad actuales recomiendan RSA-4096 y RSA-8192.
Red Bitcoin
Además, recuerdas que el computador de Google Sycamore es de 53 qubits, pues quizá te tranquilice saber que usando algoritmo de Shor, necesitarías unos 13 millones de qubits trabajando 24 horas continuas para romper una sola dirección de Bitcoin. De hecho, para comprometer la red Bitcoin entre bloques (romper el cifrado en 10 minutos) se necesitaría 1,9 mil millones de qubits trabajando por 10 minutos continuos (datos de un estudio revisado por pares). Sabiendo que Google Sycamore tiene un coste de cerca de 75 millones de dólares (solo equipo, más medio millón por hora de operación), crear un computador cuántico con tal cantidad de qubits usando nuestra tecnología actual es inasumible.
Estos datos ya nos colocan en situación: ni la computadora cuántica de Google, ni la pseudo-cuántica de D-Wave son por el momento un riesgo. Falta mucho trabajo, investigación y desarrollo para que estas computadoras realmente sean útiles en nuestro día a día.
Impacto de la computación cuántica en el Blockchain
Y todo esto nos lleva finalmente a nuestra gran pregunta ¿Qué impacto tiene todo esto en blockchain? Pues bien, como comentamos la tecnología blockchain depende en gran medida de la criptografía para garantizar la seguridad y la integridad de las transacciones. En este sentido, la computación cuántica plantea tanto amenazas como oportunidades.
Sin embargo, por ahora no es una amenaza, ni lo será en corto plazo (10 años), debido a que todas las blockchains conocidas ya ofrecen un alto nivel de resistencia cuántica. Por ejemplo, en Bitcoin las direcciones públicas están hasheadas usando Base58 y SHA-256, siendo este último resistente a la computación cuántica. Lo mismo sucede en sus forks y otros proyectos como Ethereum, Solana o Ripple, casi todas las blockchains usan hash para proteger sus direcciones, haciéndolas más resistentes. Además, el uso de criptografía ZKP, de algoritmos criptográficos quántum-resistentes y otras medidas hacen que la computación cuántica no represente un peligro real para la blockchain.
Dinero cuántico
Conceptos como el dinero cuántico (quantum money) creado en 1970 por Stephen Wiesner (israelí, especialista en sistema criptográfico cuánticos y padre de la QKD o Quantum Key Distribution), son algunas cosas que se barajan para llevar la evolución blockchain al siguiente nivel con el fin de resistir la computación cuántica usando sus propias capacidades. Sin embargo, estos sistemas aún tienen un largo camino por recorrer para probar ser tanto o más seguros que los que tenemos actualmente.
Por ejemplo, el QKD que se necesita para el dinero cuántico ideado por Wiesner es fácilmente hackeable usando un ataque de MITM, incluso usando computación cuántica para ello. Basta con que el atacante se ponga en medio de la comunicación para romper el cifrado. Esto es algo que, por ejemplo, no se puede hacer con algoritmos como RSA o ECDSA, lo que, por el momento, les hace mejores opciones.
Dinero digital
De hecho, el dinero cuántico de Wiesner tiene otros fallos y ataques que lo hacen precisamente débil por el uso de la computación cuántica. Lo que deja claro que la lógica de generación de dinero digital que tenemos actualmente con blockchain puede no ser la ideal si llegamos a trasladarla al mundo cuántico. Son otras reglas y otras formas de pensar. Después de todo, el dinero digital que dio origen a blockchain tardo casi 40 años en desarrollarse. No sería raro que tardemos el mismo o más tiempo en desarrollar su equivalente cuántico una vez tengamos sistemas cuánticos de uso general a nuestra disposición.