La promesa de un billón de dólares de la computación cuántica esconde peligros críticos

La computación cuántica presenta un potencial transformador junto con riesgos formidables. Gigantes tecnológicos como IBM, Google, Microsoft y Amazon han lanzado servicios comerciales de nube cuántica, mientras que empresas especializadas como Quantinuum y PsiQuantum han alcanzado rápidamente valoraciones de unicornio. Los analistas proyectan que el mercado mundial de la computación cuántica podría aportar más de un billón de dólares a la economía mundial entre 2025 y 2035. Sin embargo, sigue habiendo una pregunta fundamental: ¿los beneficios superan definitivamente a los peligros?

Por un lado, estos sistemas avanzados podrían revolucionar campos como la investigación farmacéutica, la ciencia climática, la inteligencia artificial y la búsqueda de la inteligencia artificial general (AGI). Por otro lado, plantean profundos retos de ciberseguridad que exigen una atención inmediata, aunque los ordenadores cuánticos con relevancia criptográfica capaces de descifrar el cifrado actual aún estén a años de distancia de hacerse realidad.

Comprender el panorama de amenazas de la computación cuántica

La principal preocupación en materia de ciberseguridad en torno a la computación cuántica es su capacidad para descifrar algoritmos de cifrado que actualmente se consideran inviolables. Una encuesta de KPMG indica que aproximadamente el 78 % de las empresas estadounidenses y el 60 % de las canadienses prevén que los ordenadores cuánticos se generalizarán en 2030. Más alarmante aún es que el 73 % de los encuestados estadounidenses y el 60 % de los canadienses creen que es solo cuestión de tiempo que los ciberdelincuentes aprovechen la computación cuántica para comprometer los protocolos de seguridad actuales.

El cifrado moderno se basa en problemas matemáticos que son prácticamente irresolubles por los ordenadores clásicos en un plazo de tiempo razonable. Por ejemplo, factorizar los grandes números primos utilizados en el cifrado RSA llevaría a un ordenador clásico unos 300 billones de años. Sin embargo, utilizando el algoritmo de Shor, desarrollado en 1994 para permitir a los ordenadores cuánticos factorizar grandes números enteros de forma eficiente, un ordenador cuántico suficientemente potente podría resolver este problema de forma exponencialmente más rápida.

El algoritmo de Grover, diseñado para búsquedas no estructuradas, supone un reto importante para el cifrado simétrico, ya que reduce a la mitad su nivel de seguridad. Esto significa que el cifrado AES-128 ofrecería una seguridad comparable a la de un sistema clásico de 64 bits, lo que lo haría vulnerable a los ataques cuánticos. Esto pone de relieve la urgente necesidad de pasar a estándares más robustos, como el AES-256, que pueden resistir mejor las amenazas cuánticas del futuro próximo.

Recoger ahora, descifrar más tarde

La estrategia de ataque «recoger ahora, descifrar más tarde» (HNDL) es especialmente preocupante. Este enfoque consiste en que los adversarios recopilen datos cifrados hoy para descifrarlos una vez que la tecnología cuántica madure. Supone un grave riesgo a largo plazo para los datos sensibles con valor duradero, como los historiales médicos, la información financiera, los documentos gubernamentales clasificados y la inteligencia militar.

Dado el impacto potencialmente catastrófico de los ataques HNDL, las organizaciones de todo el mundo que gestionan infraestructuras críticas deben adoptar la «criptoagilidad», es decir, la capacidad de sustituir rápidamente los algoritmos y las implementaciones criptográficas a medida que surgen nuevas vulnerabilidades. Esta amenaza se reconoce en el Memorándum de Seguridad Nacional de EE. UU. sobre la promoción del liderazgo estadounidense en computación cuántica y la mitigación del riesgo para los sistemas criptográficos vulnerables, que pide explícitamente medidas proactivas para contrarrestarla.

Cronología de la amenaza

Las predicciones sobre la llegada de las amenazas cuánticas varían mucho entre los expertos. Un informe reciente de MITRE, basado en las tendencias actuales del volumen cuántico (una métrica clave del rendimiento), sugiere que es posible que no aparezca un ordenador cuántico lo suficientemente potente como para descifrar el cifrado RSA-2048 hasta alrededor de 2055-2060.

Al mismo tiempo, algunos expertos son más optimistas. Argumentan que los recientes avances en la corrección de errores cuánticos y el diseño de algoritmos podrían acelerar el progreso, lo que podría permitir capacidades de descifrado cuántico ya en 2035. Por ejemplo, un informe de finales de 2020 de los investigadores Jaime Sevilla y Jess Riedel expresaba un 90 % de confianza en que el RSA-2048 podría factorizarse antes de 2060.

Aunque el calendario exacto sigue siendo incierto, el consenso es claro: las organizaciones deben comenzar los preparativos de inmediato, independientemente de cuándo se materialice la amenaza cuántica.

Aprendizaje automático cuántico: ¿la caja negra definitiva?

Más allá de las preocupaciones actuales sobre la agilidad criptográfica, los investigadores en seguridad y los futuristas se preocupan por la inevitable convergencia de la IA y los sistemas cuánticos. La tecnología cuántica podría impulsar el desarrollo de la IA al realizar cálculos complejos a velocidades sin precedentes, lo que podría acelerar el progreso hacia la IGA. Sin embargo, esta sinergia también crea escenarios con resultados impredecibles.

La cuestión fundamental es comprensible incluso sin la IGA. La integración de la computación cuántica en el aprendizaje automático podría crear el problema de la «caja negra definitiva». Las redes neuronales profundas ya son notoriamente opacas, con procesos de toma de decisiones difíciles de interpretar. Si bien existen herramientas para explicar las redes neuronales clásicas, el aprendizaje automático cuántico funcionaría según principios fundamentalmente diferentes.

El reto se deriva del uso que hace la computación cuántica de la superposición, el entrelazamiento y la interferencia para procesar la información de formas que no tienen equivalente clásico. Cuando se aplica a los algoritmos de aprendizaje automático, los modelos resultantes pueden implicar procesos prácticamente imposibles de traducir a un razonamiento comprensible para los humanos. Esto plantea importantes preocupaciones para ámbitos de alto riesgo como la sanidad, las finanzas y los sistemas autónomos, en los que comprender las decisiones de la IA es esencial para la seguridad y el cumplimiento de la normativa.

¿Será suficiente la criptografía poscuántica?

Para hacer frente a las crecientes amenazas cuánticas, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. puso en marcha en 2016 su proyecto de estandarización de la criptografía poscuántica. Tras una revisión exhaustiva de 69 algoritmos candidatos de criptógrafos de todo el mundo, el NIST seleccionó varios métodos prometedores basados en redes estructuradas y funciones hash, problemas matemáticos que se consideran resistentes tanto a los ataques clásicos como a los cuánticos.

En 2024, el NIST publicó normas detalladas de criptografía poscuántica, lo que llevó a las principales empresas tecnológicas a implementar protecciones tempranas. Por ejemplo, Apple introdujo PQ3, un protocolo poscuántico para iMessage, para protegerse contra los ataques cuánticos avanzados. Del mismo modo, Google lleva desde 2016 probando algoritmos poscuánticos en Chrome y los está integrando progresivamente en todos sus servicios.

Mientras tanto, Microsoft está avanzando en técnicas de corrección de errores de qubits sin alterar el entorno cuántico, lo que supone un importante avance hacia una computación cuántica fiable. La empresa ha anunciado recientemente la creación de un «nuevo estado de la materia» denominado «qubit topológico», que podría acelerar el desarrollo de ordenadores cuánticos plenamente funcionales.

Retos clave de la transición

No obstante, la migración a la criptografía poscuántica plantea obstáculos importantes:

• Plazo de implementación: Las autoridades estadounidenses estiman que la implantación de los nuevos estándares criptográficos en todos los sistemas llevará entre 10 y 15 años, lo que supone un reto especialmente difícil para el hardware de lugares remotos como satélites, vehículos y cajeros automáticos.
• Impacto en el rendimiento: el cifrado poscuántico suele requerir claves de mayor tamaño y operaciones más complejas, lo que puede ralentizar los procesos de cifrado y descifrado.
• Escasez de conocimientos técnicos: para una integración satisfactoria se necesitan profesionales de TI con conocimientos tanto de criptografía clásica como cuántica.
• Descubrimiento de vulnerabilidades: incluso los algoritmos poscuánticos más prometedores pueden contener debilidades ocultas, como se ha visto con el algoritmo CRYSTALS-Kyber seleccionado por el NIST.
• Preocupaciones sobre la cadena de suministro: Los componentes cuánticos críticos, como los criocoolers y los láseres especializados, se enfrentan a riesgos derivados de las tensiones geopolíticas y las interrupciones del suministro.

Por último, los conocimientos tecnológicos siguen siendo fundamentales en la era cuántica. Aunque las empresas adopten la criptografía poscuántica, el cifrado por sí solo no puede proteger contra los errores humanos, como hacer clic en enlaces maliciosos, abrir archivos adjuntos dudosos o hacer un uso indebido del acceso a los datos. Un incidente reciente de Microsoft involucró a dos aplicaciones que expusieron inadvertidamente claves de cifrado privadas, lo que demuestra cómo los errores de implementación pueden socavar una protección teóricamente sólida.

Preparación para el futuro cuántico

Las organizaciones deben tomar varias medidas clave para prepararse para las amenazas de seguridad cuántica:

• Realizar un inventario criptográfico: catalogar todos los sistemas que utilizan cifrado y que pueden ser vulnerables a los ataques cuánticos.
• Evaluar el valor de la vida útil de los datos: identificar la información que requiere protección a largo plazo y priorizar las actualizaciones del sistema en consecuencia.
• Desarrollar calendarios de migración: establecer calendarios realistas para la transición de todos los sistemas a la criptografía poscuántica.
• Asignar los recursos adecuados: presupuestar los importantes costes asociados a la implementación de medidas de seguridad resistentes a la cuántica.
• Mejorar las capacidades de supervisión: implementar sistemas para detectar posibles ataques HNDL.

El teorema de Michele Mosca proporciona un marco para la planificación de la seguridad cuántica: si X (el tiempo que los datos deben permanecer seguros) más Y (el tiempo necesario para actualizar los sistemas criptográficos) supera a Z (el tiempo que tardarán los ordenadores cuánticos en descifrar el cifrado actual), las organizaciones deben actuar de inmediato.

Conclusión

Estamos entrando en una era de computación cuántica acompañada de graves retos de ciberseguridad que exigen una acción inmediata, incluso en medio de la incertidumbre sobre su plena manifestación. Aunque los ordenadores cuánticos relevantes para la criptografía pueden estar a décadas de distancia, los riesgos de la inacción son demasiado importantes como para ignorarlos.

Como advierte Vivek Wadhwa, de Foreign Policy: «El fracaso del mundo a la hora de controlar la IA —o, más bien, las tecnologías rudimentarias que se hacen pasar por tal— debería servir como una profunda advertencia. Una tecnología emergente aún más potente con potencial para causar estragos, especialmente en combinación con la IA, es la computación cuántica».

Para afrontar este cambio tecnológico, las organizaciones deben empezar a implementar la criptografía poscuántica, supervisar los programas cuánticos adversarios y proteger la cadena de suministro cuántica. Es esencial prepararse ahora, antes de que los ordenadores cuánticos dejen obsoleta nuestra seguridad actual.

Julius Černiauskas es director ejecutivo de Oxylabs.