Supremacía cuántica: ¿el fin de la seguridad clásica?

Abstract

[CA] La computació quàntica pretén donar un gir a tota la computació tal i como la coneixem. En els últims anys s’han realitzat grans avanços que inclús han aconseguit el desenvolupament de llenguatges d’alt nivell per a aquestes revolucionàries computadores. Aquestes revolucionàries arquitectures faciliten la solució de determinats tipus de problemes com la factorització de nombres enters, el logaritme discret o el logaritme discret de curva elíptica, entre altres, que són la base dels algoritmes criptogràfics actuals. Llavors, a pesar de què encara no existeixen computadores quàntiques tan potents com per a trencar les claus generades pels algoritmes criptogràfics actuals, s’està treballant ja en la criptografia postquàntica per a assegurar que els futurs algoritmes criptogràfics siguen robustos per afrontar possibles atacs quàntics en el futur. D’altra banda, hi ha una forta postura que assegura que mai s’aconseguirà construir una computadora quàntica competent. No obstant, la major part del esforç dedicat a la computació quàntica s’invirteix en desenvolupar mètodes de tolerància quàntica a fallades. En aquest treball es donarà a conèixer les bases de la computació quàntica, es presentaran diversos llenguatges quàntics d’alt nivell i les plataformes de simul·lació existents, i es realitzaran experiments per a determinar la capacitat de les computadores quàntiques actuals per a trencar l’encriptació RSA mitjançant l’algoritme quàntic de factorització Shor, analitzant així quánt prop- o lluny -queda la revolució computacional en termes de seguretat, i debatint -en contraposició- si en volta de parlar de supremacia quàntica hauríem de parlar d’utopia quàntica.

[ES] La computación cuántica pretende dar un giro a toda la computación tal y como la conocemos. En los últimos años se han realizado grandes avances que incluso han llevado al desarrollo de lenguajes de alto nivel para estas revolucionarias computadoras. Estas revolucionarias arquitecturas permitirán la solución de determinados tipos de problemas como la factorización de números enteros, el logaritmo discreto o el logaritmo discreto de curva elíptica, entre otros, que son la base de los algoritmos criptográficos actuales. Por ello, a pesar de que no existen todavía computadoras cuánticas lo suficientemente potentes como para romper las claves generadas por los algoritmos criptográficos actuales, se está trabajando ya en la criptografía postcuántica para asegurar que los futuros algoritmos criptográficos sean robustos frente a posibles ataques cuánticos en el futuro. Por otro lado, hay una fuerte postura que asegura que nunca se va a llegar a construir una computadora cuántica competente. Sin embargo, la mayor parte del esfuerzo dedicado a la computación cuántica se invierte en desarrollar métodos de tolerancia cuántica a fallos.

En este trabajo se dará a conocer las bases de la computación cuántica, se presentarán diversos lenguajes cuánticos de alto nivel y las plataformas de simulación existentes, y se realizarán experimentos para determinar la capacidad de los computadores cuánticos actuales para romper la encriptación RSA mediante el algoritmo cuántico de factorización Shor, analizando así cuán cerca- o lejos -queda la revolución computacional en temas de seguridad, y debatiendo, en contraposición, si en vez de hablar de supremacía cuántica debemos hablar de utopía cuántica.

[EN] Quantum computing aims to give a turn to all computing as we know it. In recent years, great advances have been made that have even led to the development of high-level languages for these revolutionary computers. These revolutionary architectures will allow the solution of certain types of problems such as the factorization of integers, the discrete logarithm or the discrete logarithm of elliptic curve, among others, which are the basis of current cryptographic algorithms. Therefore, despite the fact that there are still no quantum computers powerful enough to break the keys generated by current cryptographic algorithms, work is already under way on post-quantum cryptography to ensure that future cryptographic algorithms are robust against possible quantum attacks in the future. On the other hand, there is a strong position that ensures that a competent quantum computer will never be built. However, most of the effort dedicated to quantum computing is invested in developing quantum fault-tolerance methods. In this work, the bases of quantum computing, various high-level quantum languages and existing simulation platforms will be presented, and experiments will be carried out to determine the ability of current quantum computers to break RSA encryption using the quantum factorization Shor¿s algorithm, thus analyzing how close - or far - is the computational revolution in terms of security, and debating, in contrast, if instead of talking about quantum supremacy we should talk about quantum utopia.