Por qué la física alucinante de la computación cuántica es aterradora para bitcoin y las cripto

Esta semana, Google publicó un artículo que describe cómo una computadora cuántica podría teóricamente derivar una clave privada de Bitcoin en 9 minutos, con ramificaciones que se extienden a Ethereum, otros tokens, banca privada y potencialmente todo en el mundo.

La computación cuántica es fácil de confundir con una versión más rápida de una computadora normal. Pero no es un chip más potente o una granja de servidores más grande. Es un tipo de máquina fundamentalmente diferente, diferente al nivel del átomo mismo.

Una computadora cuántica comienza con un bucle de metal muy frío y muy pequeño donde las partículas comienzan a comportarse de maneras que no se comportan bajo condiciones normales en la Tierra, maneras que alteran lo que pensamos como las reglas básicas de la física.

Entender lo que eso significa, físicamente, es la diferencia entre leer sobre la amenaza cuántica y realmente comprenderla.

Cómo funcionan realmente las computadoras y las computadoras cuánticas

Las computadoras normales almacenan información como bits: cada uno es un 0 o un 1. Un bit es un pequeño interruptor. Físicamente, es un transistor en un "chip": una puerta microscópica que deja pasar la electricidad (1) o no (0).

Cada foto, cada transacción de Bitcoin, cada palabra que hayas escrito se almacena como patrones de estos interruptores estando encendidos o apagados. No hay nada misterioso sobre un bit; es un objeto físico en uno de dos estados definidos.

Cada cálculo es solo mezclar estos 0s y 1s muy rápido. Un chip moderno puede hacer miles de millones de estos por segundo, pero aún los hace uno a la vez, en secuencia.

Las computadoras cuánticas usan algo conocido como qubits en lugar de bits. Un qubit puede ser 0, 1, o —y esta es la parte extraña— ¡ambos al mismo tiempo!

Esto es posible ya que un qubit es un tipo de objeto físico completamente diferente. La versión más común, y la que Google usa, es un pequeño bucle de metal superconductor enfriado a aproximadamente 0.015 grados por encima del cero absoluto, más frío que el espacio exterior pero aquí en la Tierra.

A esa temperatura, la electricidad fluye a través del bucle sin ninguna resistencia, y se dice que la corriente existe en un estado cuántico.

En el bucle superconductor, la corriente puede fluir en sentido horario (llamémoslo 0) o en sentido antihorario (llamémoslo 1). Pero a escalas cuánticas, la corriente no tiene que elegir una dirección y en realidad fluye en ambas direcciones simultáneamente.

No lo confundas con cambiar entre los dos muy rápido. La corriente está medible, experimental y verificablemente en ambos estados simultáneamente.

Física alucinante

¿Nos sigues hasta ahora? Genial, porque aquí es donde se pone genuinamente extraño, porque la física detrás de cómo funciona no es inmediatamente intuitiva, y no se supone que lo sea.

Todo con lo que alguien interactúa en la vida diaria obedece la física clásica, que asume que las cosas están en un lugar a la vez. Pero las partículas no se comportan de esta manera a escala subatómica.

Un electrón no tiene una posición definida hasta que lo miras. Un fotón no tiene una polarización definida hasta que lo mides. Una corriente en un bucle superconductor no fluye en una dirección definida hasta que la fuerzas a elegir.

La razón por la que no experimentamos esto en la vida cotidiana es la decoherencia. Cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno, moléculas de aire, calor, vibraciones y luz, la superposición colapsa casi instantáneamente.

Un balón de fútbol no puede estar en dos lugares a la vez porque está interactuando con trillones de moléculas de aire, polvo, sonido, calor, gravedad, etc., cada nanosegundo. Pero aísla una pequeña corriente en un vacío casi de cero absoluto, protégela de cualquier perturbación posible, y el comportamiento cuántico sobrevive lo suficiente como para computar con él.

Por eso las computadoras cuánticas son tan difíciles de construir. Las personas están diseñando entornos físicos donde las leyes de la física que normalmente impiden que esto suceda se mantienen a raya el tiempo suficiente para ejecutar un cálculo.

Las máquinas de Google operan en refrigeradores de dilución del tamaño de habitaciones enormes, más frías que cualquier cosa en el universo natural, rodeadas de capas de blindaje contra ruido electromagnético, vibración y radiación térmica.

Y los qubits son frágiles incluso entonces. Pierden su estado cuántico constantemente, por lo que la "corrección de errores" domina cada conversación sobre la escalabilidad.

Así que la computación cuántica no es una versión más rápida de la computación clásica. Está explotando un conjunto diferente de leyes físicas que solo se aplican a escalas extremadamente pequeñas, temperaturas extremadamente bajas y marcos de tiempo extremadamente cortos.

Ahora apila eso.

Dos bits normales pueden estar en uno de cuatro estados (00, 01, 10, 11), pero solo uno a la vez (ya que la corriente fluye en una sola dirección). Dos qubits pueden representar los cuatro estados a la vez, ya que la corriente está fluyendo en todas las direcciones al mismo tiempo.

Tres qubits representan ocho estados. Diez qubits representan 1.024. Cincuenta qubits representan más de un cuatrillón. El número se duplica con cada qubit que se agrega, por lo que la escalabilidad es tan exponencial.

El segundo truco es algo llamado entrelazamiento. Cuando dos qubits están entrelazados, medir uno instantáneamente le dice a un observador algo sobre el otro, sin importar qué tan separados estén. Esto permite que una computadora cuántica se coordine a través de todos esos estados simultáneos de una manera que la computación paralela normal no puede.

Y estas computadoras cuánticas están configuradas de modo que las respuestas incorrectas se cancelan entre sí (como ondas superpuestas que se aplanan) y las respuestas correctas se refuerzan entre sí (como ondas que se apilan más alto). Al final del cálculo, la respuesta correcta tiene la mayor probabilidad de ser medida.

Así que no es velocidad de fuerza bruta. Es un enfoque fundamentalmente diferente al cálculo, uno que permite que la naturaleza explore un espacio exponencialmente grande de posibilidades y luego colapsa a la respuesta correcta a través de la física en lugar de la lógica.

Una amenaza monumental para la criptografía

Esta física alucinante es por qué es aterrador para el cifrado.

Las matemáticas que protegen Bitcoin se basan en la suposición de que verificar cada clave posible tomaría más tiempo que la edad del universo.

Pero una computadora cuántica no verifica cada clave. Explora todas simultáneamente y usa interferencia para encontrar la correcta.

Ahí es donde se relaciona con Bitcoin. Ir en una dirección, de clave privada a clave pública, toma milisegundos. Ir en la otra dirección, de clave pública de vuelta a clave privada, le tomaría a una computadora clásica un millón de años, o incluso más que la edad del universo. Esa asimetría es lo único que prueba que una persona está manteniendo sus monedas.

Una computadora cuántica ejecutando un algoritmo llamado Shor puede atravesar esa trampilla en reversa. El artículo de Google de esta semana mostró que podría hacerlo con muchos menos recursos de lo que nadie estimó previamente, y dentro de un marco de tiempo que compite contra las propias confirmación de bloques de Bitcoin.

Por eso la amenaza de que las computadoras cuánticas rompan el cifrado de blockchain está genuinamente preocupando a todos.

Cómo funciona ese ataque paso a paso, qué cambió específicamente el artículo de Google, y qué significa para los 6.9 millones de Bitcoin ya expuestos, es el tema de la próxima pieza de esta serie.