La Dirección de Señales de Australia publicó sus directrices sobre criptografía clásica y la actualización a post-cuántica. El NIST de EE. UU., el ASD de Australia, el NCSC del Reino Unido y otros están convergiendo en torno a 2030 como el año para asegurar que los algoritmos sean post-cuánticos. ¿Estás listo para lo cuántico?

Cuenta regresiva para el Día Q - Parte 1 por @apruden08 La computación cuántica aprovecha la mecánica cuántica, la teoría física más precisa jamás creada por la ciencia. Desde que el físico Richard Feynman propuso por primera vez el concepto en 1981, las computadoras cuánticas han pasado de ser una teoría a una realidad, con múltiples prototipos funcionales disponibles hoy en día. Su realización a las escalas más pequeñas fue un triunfo teórico. Sin embargo, estas máquinas de primera generación son rudimentarias en comparación con el hardware clásico de grado de consumo. Para que las computadoras cuánticas sean relevantes, deben escalar. Aunque las llamamos "computadoras", las computadoras cuánticas difieren fundamentalmente de la máquina clásica que estás usando para leer esto. Comprender los principios fundamentales de la mecánica cuántica, y en particular cómo difiere de nuestras nociones clásicas de computación, es crítico para entender el potencial poder de una computadora cuántica y los desafíos de construir una. Esta publicación es la primera de una serie de cinco partes que proporcionará una comprensión fundamental de la computación cuántica y una metodología para estimar la línea de tiempo para una computadora cuántica relevante criptográficamente. Esta base proporcionará, en última instancia, un marco para que podamos evaluar de manera realista la línea de tiempo para el Día Q y entender cuánto tiempo tenemos para prepararnos. Diferencias Fundamentales Entre la Computación Clásica y Cuántica Mientras que las computadoras clásicas operan sobre conceptos lógicos relativamente sencillos, las computadoras cuánticas se basan en principios de la mecánica cuántica que desafían nuestras intuiciones cotidianas sobre la información. Conceptos como la superposición, el entrelazamiento, la interferencia y el teorema de no clonación otorgan a las computadoras cuánticas propiedades radicalmente diferentes en comparación con las computadoras clásicas y, por lo tanto, capacidades y limitaciones diferentes. Aquí hay algunos aspectos clave de la mecánica cuántica que definen inherentemente una computadora cuántica: Superposición - En la mecánica cuántica, las partículas no ocupan estados definidos como los bits clásicos. En cambio, existen en una superposición, o una combinación lineal de posibles estados, descrita por una función de onda. Esta función de onda codifica todos los posibles estados del sistema que describe. Concretamente, mientras que un bit clásico representa de manera definitiva 0 o 1, un qubit puede estar en una superposición de ambos simultáneamente. El resultado que obtienes al medir depende de una distribución de probabilidad derivada de la función de onda. En otras palabras, la superposición permite que un qubit codifique un espacio de estados mucho más rico que un bit clásico, que es lo que le da a la computación cuántica su potencial exponencial. Este punto es crucial para entender uno de los principales desafíos en la construcción de una computadora cuántica. En la computación clásica, la medición es pasiva, ya que leer la memoria no la cambia. Pero en la mecánica cuántica, el acto de medir un sistema colapsa una superposición en un estado definido. Para obtener una ventaja significativa de una computadora cuántica, esa superposición debe ser cuidadosamente preservada hasta el momento adecuado. Entrelazamiento - En la mecánica cuántica, las partículas pueden estar entrelazadas, lo que significa que sus estados se vinculan de tal manera que deben ser descritos como un solo sistema. Incluso cuando están separadas por grandes distancias, el resultado de la medición de una partícula está correlacionado con (o incluso determinado por) el estado de la otra. En otras palabras, el entrelazamiento es un tipo especial de superposición que abarca múltiples partículas. Es una de las características clave que permite a las computadoras cuánticas escalar exponencialmente, pero también es una de las más frágiles de mantener a lo largo del tiempo y/o la distancia. Interferencia – Una de las diferencias clave entre las probabilidades cuánticas y clásicas radica en el concepto de interferencia. En los sistemas clásicos, las probabilidades simplemente se suman (por ejemplo, lanzar dos monedas da un 25% de probabilidad para cada resultado). Pero en la mecánica cuántica, las amplitudes (los componentes de la función de onda) pueden interferir entre sí antes de la medición. Estas amplitudes pueden reforzarse (interferencia constructiva) o cancelarse (interferencia destructiva), dependiendo de sus fases relativas. Las computadoras cuánticas pueden explotar este fenómeno para "dirigir" un cálculo hacia respuestas correctas. En lugar de simplemente explorar todos los caminos en paralelo, un algoritmo cuántico está diseñado para que las respuestas incorrectas interfieran de manera destructiva y se cancelen, mientras que los caminos deseables que conducen a respuestas correctas interfieran de manera constructiva y dominen el resultado final. Sin esta capacidad de amplificar los resultados correctos y suprimir los incorrectos, la computación cuántica no ofrecería ninguna ventaja sobre los enfoques aleatorizados clásicos. Teorema de No-Clonación - Debido a que la lectura tiene un impacto directo en el sistema, en el sentido de que colapsa superposiciones en estados definidos, es imposible "copiar" estados cuánticos. Este es el teorema de no-clonación. La no-clonación hace que la implementación de primitivas de bajo nivel que damos por sentadas en la computación clásica (como los registros de memoria) sea mucho más compleja en la práctica. En su lugar, deben utilizarse operaciones como la teletransportación cuántica y el intercambio de entrelazamiento para transmitir o compartir información cuántica de manera segura durante la evaluación de un circuito o programa dado. Poder Computacional Inigualable vs. Enorme Complejidad de Ingeniería Las propiedades fundamentales de la mecánica cuántica permiten un paradigma computacional mucho más poderoso. Mientras que los recursos necesarios para representar un sistema complejo (como moléculas individuales en un fluido) podrían abrumar incluso al hardware clásico más potente, las computadoras cuánticas pueden aprovechar la superposición y el entrelazamiento para resolver estos problemas de otro modo intratables. Uno de los ejemplos más famosos es el algoritmo de Shor, que puede factorizar eficientemente grandes enteros y romper sistemas criptográficos ampliamente utilizados como RSA y ECDSA. Lo hace combinando la superposición para explorar muchos factores potenciales a la vez, el entrelazamiento para mantener correlaciones entre qubits, y la interferencia para amplificar la solución correcta mientras cancela las incorrectas. Lo que llevaría a las computadoras clásicas miles de millones de años en calcular, una computadora cuántica suficientemente grande podría resolverlo en horas. Sin embargo, debido a la naturaleza de la función de onda, este paradigma es inherentemente probabilístico. Además, cualquier medición, o incluso una interacción subatómica accidental, puede destruir instantáneamente este sistema frágil. Por lo tanto, el potencial teórico de una computadora cuántica está casi igualado por los desafiantes problemas de ingeniería involucrados en su construcción práctica. En la próxima publicación, examinaremos los desafíos específicos introducidos por el paradigma de la computación cuántica y construiremos un marco para evaluar diferentes enfoques del mundo real para resolverlos. Sigue a @qdayclock para mantenerte informado.