La edición cuántica: La computación cuántica no viene por tu Bitcoin

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Desde que Bitcoin existe, se han utilizado nuevas formas de FUD (miedo, incertidumbre y duda) para predecir su desaparición. A pesar de ello, Bitcoin se ha convertido en un activo de varios billones de dólares y ha comenzado a ocupar su lugar en el orden monetario global. En los últimos meses, el espectro de una computadora cuántica criptográficamente relevante (CRQC, por sus siglas en inglés) que permita a un atacante recrear claves secretas a partir de claves públicas y firmar transacciones de Bitcoin moviendo monedas ajenas ha regresado como una forma evolucionada de FUD. ¿Es esta una amenaza realista para el crecimiento continuo de Bitcoin? En una palabra, no. No hay evidencia de que se construya una CRQC en el plazo de una década, y sigue sin saberse si alguna vez se construirá una máquina así. La amenaza cuántica sigue siendo FUD.

Hasta la fecha, ninguna máquina de computación cuántica ha calculado nada que esté fuera del alcance de un niño precoz de 6 años (confirmado empíricamente). Las computadoras cuánticas son una tecnología notable y muestran capacidades verdaderamente dignas de la ciencia ficción del mundo moderno. Estos dispositivos aprovechan tecnologías fundamentales como pinzas ópticas, enfriamiento por láser, qubits de flujo superconductores, trampas electromagnéticas, refrigeradores de dilución y muchas más. Dentro de estos dispositivos, los qubits individuales son forzados a estados subatómicos específicos (diferentes para cada tecnología candidata), entrelazados en superposiciones, manipulados para representar cálculos y luego sus propiedades subatómicas son leídas e interpretadas. La verdad asombrosa es que estos dispositivos existen y pueden manipularse para producir cálculos significativos en un puñado de entradas. La fría dosis de realidad es que (para una tecnología candidata de ejemplo) hacer un cálculo que un niño pequeño puede hacer requiere suficiente energía para climatizar una escuela secundaria de Texas, muchas horas de preparación y más horas de posprocesamiento.

Sé lo que estás pensando: “pero hay muchísimo dinero fluyendo hacia la computación cuántica”. ¿El dinero que fluye hacia un campo se correlaciona con la tasa de progreso tecnológico real en ese campo? En realidad, no. De hecho, se puede argumentar que hasta que se haya desarrollado la tecnología subyacente correcta y se haya confirmado el ajuste producto-mercado, el dinero que fluye hacia un área tiene una correlación negativa con la probabilidad de que se desarrolle tecnología aplicable. Esto se puede ver claramente al comparar el programa del transbordador espacial de la NASA con el Falcon 9 de SpaceX. SpaceX tomó ciencia (en su mayoría) conocida y la redujo a la práctica para satisfacer una necesidad de mercado demostrable de acceso al espacio confiable y de menor costo, con un costo de programa de menos de $5 mil millones hasta la primera misión tripulada. El transbordador espacial costó aproximadamente $50 mil millones para alcanzar su primera misión tripulada. El Falcon 9 no solo costó un orden de magnitud menos de desarrollar, sino que tiene un historial perfecto de seguridad de la tripulación hasta la fecha. Hay muchas razones para estas diferencias, pero demuestra que ninguna cantidad de dinero hace practicable una tecnología que no está lista. Trasladando esto a la computación cuántica: podemos ver que, con toneladas de dinero invertidas en el problema, son posibles demostraciones tecnológicas a un costo masivo. Pero esto no nos dice nada sobre si más dinero nos traerá el santo grial de qubits estables y de bajo error (como la confiabilidad del Falcon 9). Ninguna cantidad de desarrollo continuo del programa del transbordador espacial habría producido jamás el bajo costo y la alta confiabilidad del Falcon 9, y es totalmente probable que ninguna cantidad de desarrollo continuo, a cualquier costo, haga que alguna de las tecnologías actuales de computación cuántica sea lo suficientemente confiable como para romper un solo par de claves.

Ahora, podrías estar pensando: «pero ¿qué pasa con todos los avances recientes?». Hay dos cosas importantes a tener en cuenta sobre los avances publicados recientemente. Primero, muchos de estos avances han sido avances solo en matemáticas puras. Por ejemplo, el reciente artículo de Google que tuvo un resultado tan importante que decidieron redactar el circuito cuántico teórico en lugar de arriesgarse a que se usara para romper sistemas criptográficos importantes. Esto puede parecer un progreso masivo hacia el futuro de las CRQC, pero en realidad no cambió nada. A menos que (o hasta que) el hardware cuántico tenga su momento Falcon 9, simplemente no existe ningún dispositivo que se acerque siquiera a la estabilidad y escala necesarias para ejecutar el circuito redactado. Es puro teatro ocultar un circuito diseñado para un dispositivo que quizá nunca exista. Segundo, en el lado del hardware en sí, vemos muchos resultados nuevos y fragmentos de progreso publicados en un año determinado, pero ¿cuántos de estos se relacionan con la misma tecnología candidata de computación cuántica? ¿Cuántos representan simplemente un reinicio después de que un resultado anterior terminara en un callejón sin salida? La realidad es que estos avances no representan una trayectoria lineal hacia el éxito eventual. Representan la búsqueda en anchura de un espacio de posibilidades infinito dentro del cual los investigadores cuánticos esperan encontrar un camino por el que puedan avanzar siquiera una distancia modesta sin llegar a otro callejón sin salida.

Cuando observamos la realidad del futuro de la computación cuántica, es confusa en el mejor de los casos. Hay desarrollos tecnológicos prometedores. Especialmente, a mi parecer, en el área de los dispositivos de átomos neutros. Pero es demasiado pronto para saber si hay un camino abierto hacia una eventual CRQC a lo largo de alguna de las ramas actualmente conocidas o si nos esperan más reinicios. Si, en algún momento, vemos muchas iteraciones de la misma tecnología candidata implementando dispositivos progresivamente más capaces, y calculando resultados significativos que un niño precoz no pueda calcular también, podremos retomar esta discusión con evidencia diferente.

Hay dos explicaciones posibles para el fracaso repetido de la investigación cuántica en desarrollar una CRQC a lo largo de muchas décadas. Es posible que sea simplemente un problema difícil y que sigamos aplicando ciencia e ingeniería para resolverlo y que un día el ingenio de la especie humana prevalezca como lo ha hecho en el desarrollo de Internet, el teléfono inteligente, las redes sociales y Bitcoin (queda a criterio del lector decidir cuáles de estos son desarrollos positivos). Por otro lado, puede ser que desarrollar una CRQC sea imposible o que permanezca para siempre fuera de nuestro alcance. Considera lo que significaría que existiera una CRQC: la máquina tendría que representar dentro de su superposición un campo de posibilidades del mismo tamaño que la complejidad del problema criptográfico a resolver. Es decir, para romper la seguridad de 128 bits del logaritmo discreto de curva elíptica en la curva secp256k1 de Bitcoin, la superposición cuántica tendría que representar todos los valores posibles de un número de 128 bits. En la computación clásica, representar todos esos valores requeriría más almacenamiento informático (por muchos órdenes de magnitud) del que los humanos han producido jamás. Si existe la más mínima granularidad en la superposición cuántica (es decir, la superposición cuántica no es perfectamente continua a través de todos los valores posibles), entonces la computadora cuántica nunca podrá volverse criptográficamente relevante. Si la energía requerida para mantener una superposición escala con la complejidad del campo que se representa, entonces una computadora cuántica nunca podrá ser criptográficamente relevante. La comprensión contemporánea de la física cuántica no descarta ninguna de estas posibilidades.

A pesar de todo lo anterior, el desarrollo de Bitcoin hacia nuevos algoritmos criptográficos debe continuar. Si bien un ataque cuántico a la criptografía de Bitcoin no es inminente de ninguna manera, es totalmente posible que se encuentre otra falla por otros medios. Sabemos que se ha descubierto que ciertas curvas elípticas tienen debilidades, y secp256k1 podría ser la siguiente. Bitcoin ha sobrevivido tanto tiempo porque los ataques al sistema lo han fortalecido, y eso seguirá siendo cierto a medida que se desarrolle el ataque de FUD cuántico. El desarrollo de P2MR o P2TRv2, de SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA y más esquemas de firmas poscuánticas eventualmente conducirá a mejoras en la resiliencia de Bitcoin frente a futuros ataques, incluso si nunca se desarrolla una CRQC real.

Esta pieza aparece en la última edición impresa de Bitcoin Magazine, The Quantum Issue. La compartimos aquí como un adelanto de las ideas exploradas a lo largo de toda la edición.

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