¿Cree que puede ignorar la informática cuántica? Piénselo otra vez

"Desde los años 90 se sabe que un ordenador cuántico a gran escala será capaz de romper muchos de los sistemas criptográficos de los que dependemos para nuestra seguridad", afirma Dustin Moody, responsable de Post Quantum Cryptography (PQC) en el National Institute for Standards and Technology (NIST) de Maryland, Estados Unidos. En 1994, el matemático estadounidense Peter Shor desarrolló algoritmos cuánticos para factorizar números enteros y resolver el problema del logaritmo discreto. Cuando se ejecuten en un ordenador cuántico lo suficientemente grande, estos algoritmos podrán descifrar todos los sistemas criptográficos de clave pública en los que confiamos hoy para la privacidad. Esto incluye cualquier sistema basado en RSA, Diffie-Hellman y criptografía de curva elíptica, todos ellos estándares del NIST adoptados por gobiernos y empresas de todo el mundo.

Aunque la actual generación de ordenadores cuánticos sólo puede ejecutar los algoritmos de Shor en casos triviales, muchos expertos predicen que en un plazo de cinco a quince años serán lo suficientemente grandes como para romper todos los sistemas criptográficos de clave pública actuales.

 

Prepárese ahora para la amenaza de la criptografía cuántica

Para contrarrestar la amenaza con suficiente antelación, el NIST lanzó en 2016 una convocatoria internacional de algoritmos que protegerán los datos incluso una vez que los grandes ordenadores cuánticos estén disponibles. Tras un largo proceso de selección, el NIST anunció su intención de estandarizar cuatro de los algoritmos PQC este verano.

El impacto se notará en todo el mundo. Aunque las normas del NIST se elaboran para que las usen organismos del Gobierno estadounidense, también se suelen adaptar por otros gobiernos y empresas de todo el mundo. Muchas organizaciones públicas y privadas utilizan estas normas y exigen a sus socios que hagan lo mismo.

Según Moody, varios países -entre ellos el Reino Unido, Alemania, Francia y los Países Bajos- ya han anunciado su intención de utilizar las cuatro soluciones de PQC aprobadas por el NIST, y la Organización Internacional de Normalización (ISO) las añadirá a su propia lista de normas. Además, muchas de las grandes empresas que colaboraron con el NIST en el proceso de selección ya se están preparando para utilizar las nuevas normas.

Incluso antes de que los algoritmos se aprueben oficialmente este verano, los CIO deberían empezar a tomar medidas. Moody recomienda que empiecen por hacer un inventario criptográfico para ver qué sistemas criptográficos de clave pública utilizan ellos y sus socios. No es fácil, pero varios proveedores están desarrollando herramientas para ayudar en este proceso.

Los CIO también pueden asegurarse de que asignan a alguien para liderar la transición y de que cuentan con la financiación y el personal experto que necesitan. Las organizaciones también pueden empezar a probar los algoritmos en sus entornos y comprobar que sus socios de la cadena de suministro hacen lo mismo.

Jeff Wong, director global de innovación de EY, afirma que incluso si todavía no están obligados a realizar un cambio, los CIO ya pueden empezar a planificar algoritmos aprobados por el NIST en sus actualizaciones de ciberseguridad. "Las empresas suelen tener ciclos de actualización de ciberseguridad de tres a cuatro años", afirma. "Si existe la posibilidad de que la computación cuántica pueda descifrar claves dentro de cinco años, y tu ciclo de actualización es de tres a cuatro años, tienes que empezar a tomar medidas en un año más o menos".

Otra cosa que deberían hacer los CIO es protegerse contra los ataques del tipo "almacenar ahora, descifrar después". Los piratas informáticos pueden estar recopilando ya datos cifrados que podrán descifrar una vez que los ordenadores cuánticos sean lo bastante grandes y fiables para ejecutar los algoritmos de Shor. Algunos sectores están más afectados que otros, como la sanidad, los servicios financieros y la enseñanza superior, donde los historiales médicos, la información financiera y los expedientes académicos deben protegerse de por vida. Pero prácticamente todos los sectores deben preocuparse por la información personal identificable (IPI) que debe protegerse indefinidamente.

Según Wong, los CIO deben considerar la seguridad de los datos en tránsito para protegerse contra este tipo de ataques, especialmente para los contratos relacionados con el gobierno. "Puede que las empresas no hablen de ello en voz alta", afirma. "Pero estamos escuchando a través de nuestros amigos en el ecosistema que los proveedores del gobierno y las empresas en industrias que incluyen servicios financieros ya están planeando cifrar sus comunicaciones por esta misma razón".

Pero algunas organizaciones de servicios financieros se han mostrado muy abiertas a la hora de adelantarse. "Seguimos muy de cerca el trabajo del NIST mientras estandariza los protocolos PQC", afirma Philip Intallura, responsable global de tecnologías cuánticas de HSBC. "Prepararnos para este nuevo tipo de criptografía es una parte fundamental del programa cuántico de HSBC".

En abril de 2022, el banco formalizó su programa de tecnologías cuánticas con un equipo de investigación dedicado de científicos doctorados internos para explorar oportunidades. "Como parte de nuestra cartera de trabajo, buscamos casos de uso vinculados tanto a la defensa como a la computación", dice Intallura.

Las normas del NIST ocupan un lugar destacado en la vertiente de defensa de su trabajo. "Tenemos varios casos de uso en marcha que nos ayudarán a entender cómo se puede adoptar PQC a aplicaciones específicas", añade. "Dada la escalabilidad de PQC, esperamos que figure en nuestro futuro panorama criptográfico, teniendo en cuenta nuestra presencia en 62 mercados de todo el mundo".

 

Entender las oportunidades

"En cuanto a la computación, estamos explorando las tecnologías cuánticas en busca de nuevas oportunidades comerciales", afirma Itallura. "Los tipos de modelos que ejecutamos en el banco todos los días coinciden estrechamente con los tipos de modelos que puede consumir un ordenador cuántico". El equipo de tecnologías cuánticas de HSBC trabaja con diferentes líneas de negocio y funciones para explorar y probar casos de uso en el mundo real, como la optimización de carteras, el aprendizaje automático cuántico y la simulación financiera.

Una vez que los ordenadores cuánticos sean lo bastante grandes para su uso industrial, cambiarán muy rápidamente la naturaleza de la competencia en los servicios financieros y otros sectores. Ejemplos cotidianos de problemas que podrían resolverse son la distribución de electricidad, la búsqueda de las mejores rutas en las redes de transporte y la determinación de la mejor combinación de asignaciones en una cartera financiera. La computación cuántica también puede utilizarse para simular moléculas, una técnica esencial para desarrollar nuevos fármacos y catalizadores, así como para la investigación química y la ciencia de materiales en general.

Según Ville Kotovirta, jefe del equipo de algoritmos cuánticos y software del Centro de Investigación Técnica (VTT) de Finlandia, la computación cuántica también podría utilizarse para el aprendizaje automático (AM), que afectará prácticamente a todas las industrias. El ML es un buen ejemplo de caso de uso que requerirá un acuerdo híbrido. "Como los ordenadores cuánticos aún no pueden manejar grandes cantidades de datos, un superordenador puede almacenar los datos y realizar algunas de las operaciones", explica.

Los datos almacenados en un superordenador se codifican en información cuántica y se entregan a la máquina cuántica, que realiza el procesamiento. Después se miden los circuitos para obtener los resultados, que se traducen de nuevo a datos clásicos. El superordenador puede realizar un posprocesamiento de los resultados para mitigar los errores de cálculo.

Los dos sistemas también trabajan juntos para ajustar parámetros. "Hay algoritmos llamados variacionales, en los que hay parámetros libres en el circuito cuántico que deben optimizarse con el ordenador clásico", explica Kotovirta. "Por ejemplo, las rotaciones de las puertas son libres y deben optimizarse mediante múltiples repeticiones de este proceso. El circuito se evalúa en el ordenador cuántico y los parámetros se ajustan en el ordenador clásico. Se necesitan varias repeticiones de este vaivén para conseguir el ajuste correcto. A medida que los ordenadores cuánticos sean más grandes, la tarea de optimización requerirá más potencia de procesamiento clásica".

 

Según Ville Kotovirta, del Centro de Investigación Técnica (VTT) de Finlandia, la computación cuántica podría utilizarse para el aprendizaje automático, que afectará prácticamente a todas las industrias

 

Disponibilidad de calibre

Kotovirta afirma que, aunque la computación cuántica ya está fácilmente disponible, hasta ahora sólo ha resuelto problemas triviales. Pero incluso en su estado actual, el mercado supera ya los mil millones de dólares, según IDC. Eso incluye el desarrollo de dispositivos, software para controlar el hardware, servicios en la nube y desarrollo de aplicaciones.

"El mundo entero está ensayando, aprendiendo a construir estos dispositivos, a desarrollar aplicaciones y a aplicarlas", dice Kotovirta. "La gente está construyendo la preparación cuántica porque una vez que la tecnología empiece a proporcionar beneficios sobre los dispositivos clásicos, las cosas sucederán muy rápido".

Una cuestión que los CIO deben plantearse es quién debe acceder a estos servicios: los directivos, los expertos internos o los consultores externos. "Hay que entender los casos de uso y pensar dónde se puede obtener la experiencia, si internamente o a través de consultores", añade Kotovirta.

En algunos sectores, no es necesario empezar a utilizar la computación cuántica de inmediato, por lo que los responsables de TI pueden permitirse esperar hasta que se hayan resuelto algunos de los problemas. Troy Hiltbrand, director de sistemas de información del minorista online Partner.co, opina que, aunque el sector retail debería tomar medidas para abordar el PQC este año, no tiene prisa por aplicar la informática cuántica para obtener una ventaja competitiva. Las oportunidades son menos inmediatas que en sectores como los servicios financieros.

Según Hiltbrand, poco después de que la informática cuántica esté lista para la industria, tiene que haber una interfaz sencilla que permita su consumo incluso a las personas menos técnicas a nivel ejecutivo. "Entonces saltará a la primera línea como lo ha hecho hoy la IA generativa", afirma.

El autor de este artículo es Pat Brans, profesor asociado en la Grenoble Ècole de Management y autor del libro 'Master the Moment: Fifty CEOs Teach You the Secrets of Time Management'. Brans es un reconocido experto en tecnología y productividad, y ha ocupado altos cargos en Computer Sciences Corporation, HP y Sybase. La mayor parte de su experiencia empresarial se centró en la aplicación de la tecnología para mejorar la eficacia de la mano de obra. Ahora lleva esas mismas ideas a un público más amplio escribiendo y enseñando.