La tecnología está avanzando a pasos agigantados, y todos los países quieren contar con los últimos avances. No contar con ella puede ser un signo de debilidad ante las potencias enemigas, y a veces para evitar caer en este problema tratan de enseñar avances que en realidad son ficticios. Esto precisamente es lo que ocurrió a Irán que hizo pasar una placa de desarrollo como si fuera un procesador cuántico.

Precisamente el interés en los ordenadores cuánticos no ha parado de aumentar en los últimos meses. Estos permiten realizar cálculos realmente complejos en pocos minutos y también procesar muchos datos para dar una respuesta. Algo que es usado normalmente en investigación, pero que se puede extrapolar a otros ámbitos por importancia geopolítica o la ciberseguridad.

Pero a veces los países pueden tratar de mostrar algo que en realidad no tienen. Tal y como ha destacado PC Gamer, la Universidad de Ciencias y Tecnologías Marinas Iman Jomeini enseñó lo que llamaron "procesador cuántico". Algo que sorprendió a muchos por sus características físicas porque no se correspondía a lo esperable de una placa que aloje un procesador cuántico.

Se vio como contaba con un tamaño realmente pequeño, de pocos centímetros, y los circuitos radiales daban una sensación de ser muy básicos para tener una potencia cuántica. Al momento, diferentes expertos como el antiguo asesor del Departamento de Estado de EEUU, Gabriel Noronha, confirmó a través de X lo que todos pensaban: que había tratado de vender una placa normal por una cuántica.

En su publicación, que se hizo sumamente viral, consiguió incluso encontrar este "procesador cuántico" en Amazon. Sin duda esto es lo más cómico de esta historia, ya que el gobierno de Irán simplemente entró a Amazon, pagó 589 dólares por una placa ZedBoard Zynq-7000 y salió a anunciar que en realidad era una placa cuántica.

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Sus especificaciones en sí dejaba mucho que desear ya que únicamente admitía 256 GB de almacenamiento, 512 MB de RAM DDR3 con un procesador RM Cortex-A9 de doble núcleo. Obviamente, unas características que se alejan, y mucho, de poder mover un procesador cuántico en su interior.

Imagen portada | Gabriel Noronha (X)

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Un equipo de investigadores de la Universidad de Shanghái, China, ha conseguido vulnerar con éxito el cifrado SPN (Substitution-Permutation Network) a través de un ordenador cuántico. Este cifrado es un algoritmo criptográfico que suele utilizarse para encriptar información. Además, es uno de los algoritmos más importantes y destacados del campo, puesto que buena parte de los estándares de cifrado en la actualidad, como por ejemplo AES (Advanced Encryption Standard), están basados en él.

El profesor y líder de la investigación, Wang Chao, junto a su equipo, ha publicado los resultados en su paper científico: “Algoritmo de ataque criptográfico de clave pública basado en procesado cuántico con la ventaja de D-Wave". Hemos llegado al momento en el que la computación cuántica ya es un verdadero problema para los métodos de criptografía tradicionales.

Un grave problema para la seguridad de los sistemas de encriptación

Para llevar a cabo el experimento y poder documentarlo, el equipo de investigadores utilizó dos estrategias clave. La primera de ellas fue suministrarle al ordenador cuántico la combinación de un problema de optimización y otro de búsqueda. Resolver este tipo de problemas es pan comido para los ordenadores cuánticos. Además, otra de las estrategias también consistió en combinar el algoritmo de Schnorr, el redondeo de Babai y un método cuántico de optimización. En conjunto, este método prueba que los algoritmos AES-256 y similares, que cuentan con cifrado de grado militar, están cada vez mucho más cerca de poder ser vulnerados.

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Nuestros compañeros de Xataka tuvieron en 2019 la oportunidad de hablar con Juan José García Ripoll, un investigador del Instituto de Física Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). García desarrolla su actividad investigadora dentro del grupo de Información cuántica y fundamentos de teoría cuántica, y ya en aquel momento compartió con el medio su advertencia acerca de los ordenadores cuánticos, máquinas que en un futuro serían capaces de vulnerar cualquier sistema criptográfico tradicional.

Parece que el momento en el que los ordenadores cuánticos puedan vulnerar cualquier tipo de algoritmo criptográfico actual está más próximo que nunca, siendo una pequeña ventana que nos muestra cómo será el futuro en este sector.

Según los investigadores, este avance supone una “amenaza real y sustancial” para el mecanismo de protección por contraseña empleado desde hace tiempo en sectores críticos como la banca y el ejército. Si bien el avance en computación cuántica de uso general se ha estancado durante los últimos años, los científicos están explorando enfoques de ataque cada vez más diversos con la ayuda de ordenadores cuánticos especializados.

Debido a la naturaleza crítica del tema, Wang ha declarado que no va a tomar entrevistas por el momento. D-Wave Systems, la primera empresa de computación cuántica del mundo, diseñó originalmente el ordenador cuántico D-Wave Advantage para resolver algunos problemas prácticos. Posteriormente, la máquina ha sido utilizada por Lockheed Martin para probar software de control de aviones de combate y por Google para tareas de reconocimiento de imágenes, sin tener una conexión directa con el descifrado criptográfico.

El ordenador cuántico D-Wave Advantage emplea un algoritmo denominado ‘recocido cuántico’, que simula el proceso metalúrgico de calentamiento y posterior enfriamiento para endurecer el metal. Esta técnica permite resolver rápidamente retos matemáticos. A pesar de los avances, Wang señalaba las limitaciones actuales de la computación cuántica. Aseguraba que tiene mucho potencial, pero que se ve obstaculizada por las interferencias ambientales, el hardware subdesarrollado y la incapacidad de un único algoritmo de ataque para atacar múltiples sistemas criptográficos.

Imagen de portada | Generada por IA con ChatGPT

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Los ordenadores cuánticos son capaces de resolver problemas complejos que pueden llegar a beneficiar a la sociedad. Uno de los ejemplos que Google muestra en esta publicación es cómo la empresa utilizó un ordenador cuántico para acelerar el desarrollo de los fármacos para su posterior estudio. También se han utilizado para el descubrimiento y desarrollo de nuevos materiales para crear baterías o para descubrir formas más eficientes de desarrollar reactores de fusión, entre otros muchos ejemplos.

Ahora Google, en colaboración con GESDA (Geneva Science and Diplomacy Anticipator), han unido fuerzas con XPRIZE para galardonar con un premio a aquellos que logren aplicar el uso de ordenadores cuánticos para resolver problemas reales. Este premio tendrá un valor de 5 millones de dólares y será una competición que se alargará durante 3 años.

La computación cuántica para abordar problemas reales

El premio se entregará a aquellos equipos que logren encontrar aplicaciones reales para los ordenadores cuánticos. Este tipo de ordenadores pueden completar cierto tipo de tareas en mucho menor tiempo que los ordenadores comunes. De hecho, investigadores de Google descubrieron que un ordenador cuántico solamente le tomó unos 200 segundos completar una tarea que, al superordenador de alta capacidad de IBM le habría llevado unos 10.000 años completar.

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Esta iniciativa tiene por objetivo eliminar la brecha que hay entre los algoritmos cuánticos y el mundo real. Y es que aquellos que participen deberán trabajar en algoritmos cuánticos que aborden la sostenibilidad y el impacto social, temas considerados como un problema real del que a veces la tecnología se olvida.

La participación está abierta a todo el mundo y a personas de cualquier campo. Para ello deberán cumplir con las bases del concurso. Además, los solicitantes podrán desarrollar un nuevo algoritmo cuántico, una nueva aplicación para un algoritmo ya existente o una solución mejorada para acelerar el rendimiento de un algoritmo existente. Entre las instituciones que ofrecen cursos sobre ordenadores cuánticos se encuentran IBM, Microsoft, la Universidad de Chicago o la Universidad Purdue, entre muchas otras.

La computación cuántica es un área en la que multitud de grandes tecnológicas han invertido. Expertos como McKinsey aseguran que, solamente en 2022, se destinaron inversiones por un valor total de 2.350 millones de dólares. Según esta firma, las áreas que más se beneficiarán a corto plazo de la computación cuántica son la de automoción, la industria química, servicios financieros y ciencias biológicas.

Esta competición ya ha comenzado, y los solicitantes tendrán hasta 2027 para mostrar su trabajo sobre computación cuántica. El equipo que gane se llevará el galardón de XPRIZE de ‘Aplicaciones cuánticas’ y un premio de 5 millones de dólares. Así que si estás inmerso en esta área científica y quieres contribuir al cambio, puedes registrarte en la web de XPRIZE para participar.

Imagen de portada | Pawel Czerwinski

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Hace un tiempo que la criptografía cuántica, que promete comunicaciones absolutamente seguras, empieza a ser viable comercialmente hablando. De hecho, un instituto de investigación europeo llamado QuTech lleva meses trabajando en un internet cuántico imposible de hackear. Sin embargo, esto podría no ser así.

El investigador Neil Johnson y su equipo, de la Universidad George Washington, se preguntaron si una red que se presupone ultrasegura y difícilmente atacable, como es la versión cuántica de internet, podría ser vulnerada mediante algún método. Y contra casi todo pronóstico han descubierto una forma mediante la cual un grupo de hackers cuánticos bien organizado podrían acabar con ella.

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Tres hackers cuánticos y solo un segundo

Tal y como leemos en MIT Technology Review, los investigadores dieron inicio a su estudio creando un modelo matemático de internet cuántico. En ella, pueden coexistir una gran cantidad de fotones entrelazados y las personas que lo utilizan interactúan con él insertando sus propios fotones con información cuántica.

Johnson y su equipo, dejando a un lado el ataque clásico que podría efectuarse a un sistema cuántico, la rotura de el entrelazamiento, decidieron averiguar qué clase de violación de la red podría llevarse a cabo de una forma notablemente menos llamativa y aparentemente lo han encontrado.

Para llevarlo a cabo con éxito, según los investigadores estadounidenses, harían falta tres o más ciberterroristas cuánticos. El ataque consistiría en la inserción de cierta cantidad de información aleatoria cuyo objetivo sería entrelazarse con el resto. Este entrelazamiento, de acuerdo con las averiguaciones descritas, provocaría que los datos originales contenidos en la red cuántica fuesen imposibles de recuperar de la mezcla. En principio, no podría recuperarse el sistema de ninguna manera.

Estos ataques serían imposibles de detectar, aseguran, porque no se introduce ninguna información de identificación, con lo que los atacantes tampoco podrían ser identificados.

Pese a no tener claras cuáles podrían ser las medidas a tomar frente a este tipo de ataques, se cree que podría ayudar la integración de las tecnologías cuánticas en las redes clásicas actuales. No tendríamos un todo, sino un conjunto de sistemas, con lo que la afectación, en caso de existir, no sería global. "Para contrarrestar correctamente esta amenaza hará falta una nueva comprensión de las correlaciones cuánticas dependientes del tiempo en los sistemas múltiples", concluyen los investigadores.

Una de las partes más importantes dentro de un sistema criptográfico es el generador de números aleatorios. Hay que generar claves y números únicos de un sólo uso, entre otras cosas, y es muy importante que sean verdaderamente aleatorios.

¿Por qué es tan importante? No hace falta comerse mucho la cabeza para darse cuenta. Supongamos que yo genero mi clave de cifrado a partir de una cadena de 2048 bits aleatorios. Si alguien quiere adivinar la clave, tendría que probar todas las posibles combinaciones, 2²⁰⁴⁸ (un número de 617 cifras). Demasiadas como para probarlas todas en un tiempo razonable.

Ahora bien, si un atacante sabe que en realidad el generador sigue un patrón determinado o que sólo saca números en un rango reducido (por ejemplo, de 0 a 2¹⁰⁰) tendría que hacer muchos menos intentos, de tal forma que el ataque por fuerza bruta tardaría mucho menos y podría ser efectivo.

Crear un buen generador de números aleatorios (esto es, impredecibles y todos con la misma probablidad de salir) es difícil, sobre todo si estamos hablando de hacerlo en un ordenador, que es un dispositivo determinista y predecible, al menos para este asunto. También es muy difícil detectar fallos en ellos, y por desgracia esos fallos pueden tener consecuencias graves.

Los generadores de números aleatorios son fuentes de vulnerabilidades, y también de sospechas de puertas traseras

Por ejemplo, hace unos años se descubrió un problema grave de seguridad en la versión de OpenSSL que distribuía Debian. ¿La razón? Un mal uso del generador de números aleatorios, que reducía su rango y hacía que un ataque por fuerza bruta pudiese tener éxito en pocos tiempos. Algo parecido pasó hace todavía más tiempo con Netscape. Incluso se llegó a pensar que la NSA había introducido una puerta trasera en Linux a través del generador de números aleatorios de Intel.

La búsqueda de buenos generadores aleatorios se centra mucho en los fenómenos del mundo físico, que sí son prácticamente impredecibles. De hecho, hace unos días se ha publicado una investigación sobre cómo usar sensores fotográficos para crear un buen generador en móviles.

Las fotos no valen: viajando al mundo cuántico

La primera idea que nos viene a la cabeza si hablamos de generar números aleatorios con sensores fotográficos es bien sencilla: una foto. Cogemos los datos de imagen de la cámara y eso debería ser bastante aleatorio, al menos para alguien que no sepa dónde estamos y qué ve nuestra cámara.

Por supuesto, eso ya se ha intentado, y los resultados no fueron buenos: los números no eran suficientemente aleatorios. Hubo incluso experimentos con lámparas de lava, cuyo problema era que los números no se generaban con suficiente rapidez. Se necesita algo mejor, más aleatorio, y unos científicos lo han encontrado en el mundo cuántico.

La física cuántica define un comportamiento muy interesante de la luz. Cuando encendemos una lámpara (o, como en este experimento, un diodo LED), emite fotones, que por así decirlo son pequeños paquetes (o _cuantos_) de luz. Si la luz es constante, uno pensaría que siempre se emiten los mismos fotones por segundo, ¿verdad?

En realidad no es así. Hay un fenómeno cuántico llamado _shot noise_ o ruido de disparo: debido a la naturaleza del foco de luz, el número de fotones emitidos por segundo es variable, fluctúa alrededor de un valor central (o media). Esas fluctuaciones son aleatorias - el número de fotones emitidos por segundo sigue una distribución de Poisson.

¿Cómo aprovechar esas fluctuaciones? Un equipo de la Universidad de Ginebra ha hecho las pruebas y resulta que el sensor fotográfico que tú, lector, tienes ahora a mano, puede servir para esa tarea. Los sensores de las cámaras de los móviles (más concretamente, la de un Nokia N9) son suficientemente sensibles como para detectar esas fluctuaciones en el número de fotones emitidos.

El proceso para generar los números aleatorios a partir de esas fluctuaciones es algo complejo, así que simplificaremos un poco. Primero, se ilumina el sensor de la cámara con un diodo LED que emita, de media, una cantidad conocida de fotones a la que llamaremos μ. Después, se leen los datos del sensor de la cámara: cada píxel habrá leído una cantidad algo distinta a μ. Esas diferencias son los números aleatorios generados.

El problema es que esos números aleatorios no son del todo buenos. Además del ruido cuántico hay que contar con el ruido de los propios componentes electrónicos, que no es aleatorio y un atacante podría conocer. Por eso, los números aleatorios se combinan, reduciendo su número (por ejemplo, se pasa de 2000 números a 500) y aumentando su aleatoriedad o entropía. Además, así se eliminan los problemas que puedan causar píxeles muertos o las relaciones entre píxeles cercanos que pudiesen afectar a la aleatoriedad.

Una vez hecho ese procesado, los números aleatorios están listos para ser usados en cualquier aplicación criptográfica.

Lo mejor de toda esta investigación es la demostración de que se puede crear un generador de alta calidad, rápido (se podrían conseguir tasas de entre 300 Mbps y 3 Gbps según el sensor) con componentes baratos y fáciles de combinar en un chip para móviles. Y la consecuencia para todos los usuarios es sencilla: más seguridad en nuestras comunicaciones móviles, algo que con las recientes revelaciones sobre la NSA no está de más.

Vía | Un informático en el lado del mal Más información | Quantum random number generation on a mobile phone |

Nuestro lector OttoSt nos ha enviado la noticia: Google ha mostrado recientemente un algoritmo cuántico capaz de ordenar imágenes de coches, diferenciándolas del resto de datos. Para hacerlo han usado el procesador D-Wave, que aparentemente es capaz utilizarse en el campo cuántico (la empresa responsable no ha descrito su funcionamiento) y cuyo aspecto podéis ver en la imagen superior.

A grandes rasgos: un procesador cuántico utiliza partículas subatómicas para realizar sus cálculos, y tiene la ventaja de poder tener un estado dual que puede ser el 1 o el 0 binario al mismo tiempo. Esto permitiría tener velocidades de procesado de datos muy superiores a las actuales.

Un ejemplo que ha puesto Google para que veamos lo prometedor del hecho es que mientras un ordenador normal necesitaría comprobar medio millón de veces un millón de armarios para encontrar una pelota que está escondida detrás de una de esos armarios. Un ordenador cuántico sólo necesitaría comprobar mil armarios para encontrar la pelota.

Poco a poco la informática cuántica se va abriendo paso, y si Google se muestra interesada en realizar avances en este campo, será mejor que nos vayamos preparando para buenos avances en la búsqueda de información. ¡Gracias a Otto por mandarnos la noticia!

Vía | Popsci