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Qué tan cerca estamos de la era cuántica
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25 de Mayo del 2023 | Por Eilen Legorreta

Por: Walter Trujillo Díaz

Cuando hacemos referencia al tristemente célebre y controversial “Proyecto Manhattan”, el cual abrió las puertas de par en par a la era atómica, normalmente se vinculan a grandes científicos como Robert Oppenheimer (considerado el 'padre de la bomba atómica'), Enrico Fermi, Leo Szilard, Eugene Wigner y Niels Bohr. Sin embargo, alrededor de ellos había muchos otros físicos, químicos, ingenieros y matemáticos que también contribuyeron de forma importante al desarrollo de este proyecto.

Uno de ellos fue Isidor Isaac Rabi (1898-1988), físico estadounidense nacido en Austria y uno de los ganadores del Premio Nobel de Física en 1944. Rabi es conocido por su contribución a la espectroscopía molecular y nuclear, así como por su trabajo pionero en el campo de la resonancia magnética nuclear; hizo importantes contribuciones a la física teórica y experimental, entre las cuales destaca la invención del método de oscilación de radiofrecuencia que permitió el desarrollo del primer reloj atómico. A pesar de que Rabi desarrolló el primer reloj atómico que utilizaba la resonancia magnética de un conjunto de átomos de hidrógeno para medir el tiempo, normalmente se le atribuye el mérito a Louis Essen, quien en 1955 construyó el primer reloj atómico basado en la vibración de los átomos de cesio.

El reloj atómico funciona midiendo la vibración de los átomos de un elemento específico en una estructura llamada 'rejilla óptica'. La vibración de los átomos se produce a una frecuencia constante y se utiliza para medir el tiempo con una precisión sorprendente. Hoy en día, Los relojes atómicos modernos son esenciales para la navegación, las telecomunicaciones y la astronomía, por citar algunos ejemplos; y es, sin lugar a duda, el primer dispositivo desarrollado por el hombre que aprovechó el poder de la mecánica cuántica para mejorar los resultados de sus versiones mecánicas y electromecánicas, en una época en donde el concepto de 'tecnología cuántica' no era utilizado.

Dentro de la tecnología cuántica, que de acuerdo con la investigación de McKinsey obtuvieron alrededor de 1,400 millones de dólares en financiación en 2022, es el cómputo cuántico el que libra una de las carreras más competidas. La computación cuántica es un tipo de computación que utiliza las propiedades de la física cuántica para procesar información. A diferencia de las computadoras clásicas que utilizan bits (que pueden ser 0 ó 1) para procesar información, las computadoras cuánticas utilizan qubits (bits cuánticos) que pueden estar en múltiples estados al mismo tiempo. Esto les permite procesar una gran cantidad de información simultáneamente, lo que las hace mucho más rápidas para ciertos tipos de problemas, como la factorización de números grandes o la simulación de sistemas cuánticos complejos. La idea de las computadoras cuánticas es atractiva no solo porque son más rápidas que las computadoras tradicionales en algunos casos, sino porque funcionan de manera fundamentalmente diferente. Hay tres conceptos clave que desafían la intuición y que las hacen diferentes: la superposición, el entrelazamiento y las amplitudes de probabilidad negativas.

La superposición es cuando un bit cuántico (qubit) puede estar en un estado que es una mezcla de ambos valores posibles (0 y 1) al mismo tiempo. Esto permite que las computadoras cuánticas realicen cálculos en los que los resultados se calculan simultáneamente, lo que significa que pueden hacer muchas más cosas al mismo tiempo que las computadoras tradicionales.

El entrelazamiento es cuando los qubits están conectados entre sí y no pueden describirse individualmente. Esto significa que cualquier acción realizada en un qubit afectará a todos los demás qubits que están entrelazados con él, permitiendo que las computadoras cuánticas hagan cálculos más complejos.

Por último, las amplitudes de probabilidad negativas son una característica única de la mecánica cuántica. A diferencia de las computadoras tradicionales que trabajan con valores de probabilidad que van de 0 a 1, las amplitudes de probabilidad cuánticas pueden ser negativas. Esto permite que las computadoras cuánticas reduzcan la probabilidad de obtener una respuesta incorrecta y aumenten la probabilidad de obtener la respuesta correcta.

Qubits, entrelazamiento, superposición, etc. ¿Por qué debería causarnos interés? Porque aunque las computadoras cuánticas todavía están en desarrollo, una vez que se vuelvan más poderosas y confiables podrían representar un riesgo para la forma en que transmitimos y almacenamos información confidencial como transacciones bancarias, datos del gobierno y propiedad intelectual. Esto se debe a que estas nuevas computadoras pueden descifrar los sistemas de encriptación que actualmente proporcionan seguridad para la comunicación y el almacenamiento de datos, lo que podría tener un impacto en la economía global. Y, al igual que Usted, los cibercriminales están al tanto de esta situación. De acuerdo con Jack Hidary, CEO de SandboxAQ, los criminales y otros adversarios saben que esto será posible algún día y no están esperando obtener información confidencial. Ya están llevando a cabo ataques de 'almacenamiento ahora, descifrado después' (SNDL -Store Now, Decrypt Later), robando datos para su futuro descifrado con computadoras cuánticas. Según el Departamento de Seguridad Nacional de Estados Unidos, el descifrado de estos datos podría ser factible para el año 2030. Si esto sucede, cualquier dato encriptado adquirido por adversarios hoy en día tendrá un período máximo de confidencialidad de ocho años.

En respuesta, los investigadores han desarrollado en los últimos años esquemas criptográficos resistentes a las computadoras cuánticas, nuevas formas de encriptación que incluso las futuras computadoras cuánticas no podrán descifrar. A estos esquemas se les conoce colectivamente como criptografía 'post-cuántica' (PQC). En julio de 2022, el Instituto Nacional de Tecnología y Estándares de Estados Unidos (NIST) anunció los resultados de un proceso multinacional de seis años para establecer los nuevos estándares de PQC, con la participación de expertos de más de 25 países. NIST también lanzó un Centro Nacional de Ciberseguridad de Excelencia, compuesto por 12 empresas líderes de todo el mundo, para desarrollar estrategias de migración y modelos de soluciones de hardware y software futuras de PQC.

La era cuántica traerá cambios importantes en la forma en que procesamos y almacenamos datos, así como los retos para tener esos datos preservados de forma segura. Aunque el cómputo cuántico es el principal referente, también tendrá aplicaciones importantes en la medicina, la física y la inteligencia artificial, y cambiará nuestra comprensión del mundo en el que vivimos.

Aprovecho para dedicarle este artículo al Lic. Sergio Iglesias Reynel, externándole mi admiración y aprecio, pero sobre todo para felicitarlo por su 35 aniversario como fundador de la Revista De Preferencia, el mejor medio de periodismo especializado en los sectores ferretero, eléctrico y de la construcción en México. Durante estos años, su incansable dedicación y compromiso con el periodismo de calidad han sido ejemplares, y han sido fundamentales para mantenernos informados sobre las últimas tendencias y noticias en estos sectores. Su pasión y profesionalismo son una fuente de inspiración para todos aquellos que lo conocemos. ¡Le deseo lo mejor y muchos más años de éxitos!

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