Quantum

Abrazando nuestro futuro cuántico

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*Artículo IBM Policy Lab

El mundo está en la cúspide de otra revolución informática. Y esta será promovida por la convergencia de tres potentes tecnologías: computación de alto rendimiento, inteligencia artificial y computación cuántica.

La computación cuántica no es simplemente una forma más rápida de hacer lo que hacen las computadoras de hoy. Tiene un enfoque fundamentalmente diferente, que promete solucionar problemas que la computación clásica nunca podría resolver de manera realista. También presenta la promesa de ayudar a la humanidad a enfrentar muchos desafíos importantes, desde resolver preguntas de larga data en la ciencia hasta superar obstáculos para mejorar la eficiencia industrial. Trabajando en conjunto con computadoras clásicas y arquitecturas basadas en la nube, las computadoras cuánticas podrían incluso ser la respuesta a problemas que aún ni imaginamos. Las oportunidades para la sociedad y la economía son potencialmente ilimitadas.

La computación cuántica puede ayudar a acelerar la respuesta a futuras pandemias, a crisis de salud en curso y a la proliferación de enfermedades debilitantes que afectan a millones de personas en todo el mundo, todo mediante simulaciones químicas muy optimizadas para el proceso de descubrimiento y desarrollo de fármacos. Tendrá la capacidad de mejorar la precisión de la simulación fluido-dinámica computacional (CFD), lo que permitirá la aplicación de métodos de menor coste para mejorar los procesos de diseño y fabricación. También puede ayudar a optimizar las estrategias de inversión de cartera, utilizando técnicas de modelado avanzadas que pueden analizar mejor el comportamiento de los mercados financieros complicados.

Por otro lado, las computadoras cuánticas también plantean un reto en un área importante de la vida digital: la criptografía.

El cripto-dilema

Tal como se detalla en un ensayo reciente con la colaboración de IBM Research, con el tiempo, los avances en la computación cuántica presentarán un desafío significativo para la seguridad de la información. El mundo ya depende en gran medida de la criptografía para proteger datos e infraestructura crítica, y a medida que pasamos a una era en la que las computadoras cuánticas se vuelven más omnipresentes, las plataformas digitales que se diseñan e implementan en la actualidad pueden volverse cada vez más vulnerables si no se desarrolla y se adopta al mismo tiempo un encriptado de seguridad de nivel cuántico.

El mundo todavía está muy lejos de una realidad en las que las computadoras cuánticas puedan quebrar la criptografía ampliamente utilizada en la actualidad. Adicionalmente, ya sabemos cómo realizar un cifrado que sea resistente al ataque de una computadora cuántica. Sin embargo, estos algoritmos fundamentales de seguridad cuántica son solo el comienzo. Muchos estándares y protocolos de seguridad de la industria deben actualizarse para estos nuevos algoritmos, y los avances en la computación cuántica deberán ir acompañados de avances en criptografía cuántica para garantizar que los datos estén protegidos ahora contra amenazas futuras.

Preparar el mañana probando en el presente

Para estar preparados para lo que se avecina, los responsables de la formulación de políticas y la industria deben trabajar en la mitigación de riesgos, preparándonos para el futuro en el presente. Debemos actuar ahora.

IBM lo está haciendo. Nuestros investigadores están desarrollando soluciones criptográficas prácticas que son resistentes a las amenazas que plantean las computadoras cuánticas. Hemos encontrado una serie de esquemas criptográficos que en la actualidad se cree que son seguros cuánticamente. Incluyen criptografía basada en celosías (lattice), árboles hash, ecuaciones multivariadas y curvas elípticas super-singulares (isogenía supersingular).

La ventaja clave de tales esquemas de seguridad cuántica es la ausencia de una estructura explotable en el problema matemático que un atacante debe resolver para romper la criptografía. Algunos de estos mecanismos de seguridad cuántica (por ejemplo, la isogenia supersingular) son a prueba de ataques de acción futura: ataques que se dedican a almacenar “pacientemente” los mensajes cifrados de sus víctimas con la intención de descifrarlos en el futuro con métodos más poderosos en el futuro. Otros esquemas (por ejemplo, la criptografía de celosía) pueden habilitar tecnologías transformadoras, como el cifrado totalmente homomórfico, en el que los datos se pueden computar directamente en su forma cifrada, para frenar una estrategia común de los atacantes actuales que “esperan” en el sistema informático de la víctima hasta que los datos sensibles tengan que ser desencriptados para realizar cálculos.

Para promover estos y otros métodos nuevos e innovadores de protección de datos en la era de la computación cuántica, estamos colaborando con instituciones académicas, como la Universidad de Waterloo y la Universidad de Toronto, con el objetivo de fomentar la ciencia detrás de estas técnicas. IBM también está participando en esfuerzos globales para estandarizar la criptografía cuántica segura. El más notable de ellos es el proceso NIST PQC. IBM ha enviado una serie de algoritmos al proceso NIST PQC y está trabajando en estrecha colaboración con otros líderes de la industria en organizaciones de desarrollo de estándares, como ETSI, ISO y ANSI.

Pero los gobiernos también tienen un papel muy importante en este proceso. Para complementar el compromiso de la industria privada en el desarrollo de estándares, los gobiernos deben acelerar las inversiones y promover la adopción de esquemas criptográficos cuánticos seguros, que puedan proteger los datos ahora y en el futuro.

Preparación cuántica

Las empresas y los gobiernos visionarios están preparándose para un futuro de computación cuántica y posicionándose para captar los muchos beneficios de esta tecnología. Sin embargo, se puede y se debe hacer más, y la colaboración es clave. Los gobiernos, los investigadores, los académicos y la industria deberán trabajar juntos en políticas para acelerar la adopción de nuevos planes de estudio, financiar la I + D, crear nuevos canales de talento y más.

A medida que los gobiernos buscan liderar la computación cuántica, los legisladores deben considerar las siguientes recomendaciones:

  1. Los gobiernos deberían recomendar la adopción de la criptografía segura para la computación cuántica ahora. De este modo, podrán hacer frente adecuadamente a futuras amenazas a los datos encriptados hoy.
  2. Las organizaciones de desarrollo de normas y sus miembros deben acelerar los esfuerzos en torno a nuevos esquemas criptográficos seguros en la era cuántica, y priorizar flujos de trabajo para establecer una infraestructura cuántica segura.  Las agencias gubernamentales deberían tomar la iniciativa en convocar a la industria para que acuerde estándares criptográficos seguros para la computación cuántica, trabajando con socios internacionales.
  3. Las agencias gubernamentales deben acelerar el desarrollo de las computadoras cuánticas a través de inversiones significativas a largo plazo, sostenidas y enfocadas en la ciencia de la información cuántica para asegurar que sus naciones se posicionen a la vanguardia de la carrera de la computación cuántica. La investigación fundamental en teoría, hardware y software cuánticos incluye el desarrollo de nuevos qubits – así como métodos para mejorar la calidad y desempeño de estos qubits en circuitos cuánticos-, técnicas para mitigar y corregir errores, desarrollo de circuitos cuánticos y esquemas de compilación optimizados, como también componentes para permitir el desarrollo de tecnologías avanzadas de escalado.
  4. Las agencias gubernamentales deben apoyar el despliegue rápido de sistemas cuánticos avanzados y confiables, y estar entre los primeros en adoptarlos, para ayudar a impulsar los un ecosistema de desarrollo de investigación, software y algoritmos, así como la comercialización. Es esencial promover la aceptación y la experimentación de la industria y la construcción de ecosistemas en paralelo a los esfuerzos para avanzar en el desarrollo del hardware y los sistemas en sí.
  5. Los gobiernos deben fomentar un marco de colaboración que involucre a los laboratorios nacionales, universidades, la industria y  socios internacionales para hacer avanzar la tecnología y construir una ventaja competitiva. El gobierno, el mundo académico y la industria deben trabajar juntos para avanzar en la ciencia fundamental y ejecutar una hoja de ruta de desarrollo eficiente y agresiva, con métricas significativas y bien definidas.
  6. Los gobiernos deben ayudar a construir un ecosistema de tecnología habilitante y una cadena de suministro robusta para la industria cuántica, y promover la educación y capacitación de la fuerza laboral necesaria para hacer que la industria sea sostenible. Ejemplos de iniciativas para construir cadenas de suministro en la industria cuántica incluyen el Consorcio de Desarrollo Económico Cuántico (QED-C) en los Estados Unidos y la colaboración de IBM con Fraunhofer-Gesellschaft de Alemania, la organización europea líder para la investigación aplicada.
  7. Las organizaciones de desarrollo de normas deben priorizar la actualización de los estándares relevantes para el sistema, como los de la industria de infraestructura crítica y el sector financiero. Los esfuerzos deben incluir actualizaciones de ISO 27001, COBIT, NIST SP 800-53, ANSI / ISA-62443 y las normas desarrolladas por el Council on Cybersecurity Critical Security Controls.

 

(Español)

 

*Texto original de Ryan Hagemann, co-Director, IBM Policy Lab y Zaira Nazario, Líder Técnica, Teoría Cuántica, Algoritmos y Aplicaciones, IBM Quantum. Adaptaciones del equipo de Relaciones Gubernamentales de IBM Latinoamérica.

 

Para ver el blog post (en inglés) ingrese aquí.

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