El Problema Cuántico: La Cuántica No Vendrá Por Tu Bitcoin

Desde que Bitcoin existe, se han utilizado nuevas formas de FUD (miedo, incertidumbre y duda) para predecir su desaparición. A pesar de esto, Bitcoin ha crecido hasta convertirse 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) que permitiría a un atacante recrear claves secretas a partir de claves públicas y firmar transacciones de Bitcoin moviendo monedas de otras personas ha regresado como una forma evolucionada de FUD. ¿Es esta una amenaza real para el crecimiento continuo de Bitcoin? En una palabra, no. No hay evidencia de que se construya una CRQC en la próxima década, y sigue siendo desconocido si alguna vez se construirá tal máquina. La amenaza cuántica sigue siendo FUD.

Estado del Arte

Hasta la fecha, ninguna máquina de computación cuántica ha computado nada fuera del alcance de un precoz niño de 6 años (confirmado empíricamente). Las computadoras cuánticas son una tecnología notable y muestran las verdaderas capacidades dignas de ciencia ficción del mundo moderno. Estos dispositivos aprovechan tecnologías fundamentales como pinzas ópticas, enfriamiento 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 se leen e interpretan sus propiedades subatómicas. La asombrosa verdad es que estos dispositivos existen y pueden ser manipulados para producir cálculos significativos a través de un puñado de entradas. La dura realidad es que (por ejemplo, una tecnología candidata) para hacer un cálculo que un niño pequeño puede hacer se requiere suficiente energía para climatizar una escuela secundaria en Texas, muchas horas de configuración y más horas de procesamiento posterior.

Leyendo el Futuro

Sé lo que estás pensando: "pero hay tanto dinero fluyendo hacia la computación cuántica". ¿Correlaciona el dinero que fluye hacia un campo con la tasa de progreso tecnológico en el mundo real en ese campo? No realmente. De hecho, se puede argumentar que hasta que se desarrolle la tecnología subyacente correcta y se confirme el ajuste del producto al 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 (principalmente) ciencia conocida y la redujo a la práctica para satisfacer una necesidad de mercado demostrable de acceso confiable y de menor costo al espacio, con un costo de programa de menos de $5 mil millones para la primera misión tripulada. El transbordador espacial costó aproximadamente $50 mil millones para alcanzar su primera misión tripulada. No solo el Falcon 9 costó un orden de magnitud menos para desarrollar, sino que hasta la fecha tiene un récord de seguridad tripulada perfecto. Hay muchas razones para estas diferencias, pero demuestra que ninguna cantidad de dinero hace que una tecnología que no está lista sea práctica. Traduciendo esto a la computación cuántica: podemos ver que, con toneladas de dinero lanzadas al problema, las demostraciones tecnológicas a un costo masivo son posibles. Pero esto no nos dice nada sobre si más dinero nos traerá el santo grial de los qubits estables y de bajo error (como la fiabilidad del Falcon 9). Ninguna cantidad de desarrollo continuo en el programa del transbordador espacial nunca habría producido el bajo costo y alta fiabilidad del Falcon 9, y es completamente probable que ninguna cantidad de desarrollo continuo, a ningún 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 solo avances 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 utilizara para romper sistemas criptográficos importantes. Esto puede parecer un gran progreso hacia el futuro de los CRQC, pero de hecho no cambió nada. A menos que (o hasta que) el hardware cuántico tenga su momento Falcon 9, simplemente no hay ningún dispositivo que se acerque a la estabilidad y escala necesarias para ejecutar el circuito redactado. Es puro teatro para ocultar un circuito diseñado para un dispositivo que puede que nunca exista. En segundo lugar, en el lado del hardware en sí, vemos muchos nuevos resultados y avances 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 terminó en un callejón sin salida? La realidad es que estos avances no representan un camino lineal hacia el éxito eventual. Representan la búsqueda en amplitud de un espacio de posibilidades infinito dentro del cual los investigadores cuánticos están esperando encontrar un camino a lo largo del cual puedan avanzar incluso una distancia modesta sin llegar a otro callejón sin salida.

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

En Teoría

Hay dos posibles explicaciones para el fracaso repetido de la investigación cuántica para desarrollar un CRQC durante muchas décadas. Es posible que sea solo un problema difícil y que sigamos aplicando ciencia e ingeniería para resolverlo y que algún día la ingeniosidad de la especie humana prevalezca como lo ha hecho en el desarrollo de Internet, el teléfono inteligente, las redes sociales y Bitcoin (dejo a los lectores decidir cuáles de estos son desarrollos positivos). Por otro lado, puede ser que desarrollar un CRQC sea imposible o que permanezca para siempre fuera de nuestro alcance. Considera lo que significaría que existiera un 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) de lo que los humanos han producido jamás. Si hay incluso la más mínima granularidad en la superposición cuántica (es decir, si la superposición cuántica no es perfectamente continua a través de todos los valores posibles), entonces la computadora cuántica nunca podrá ser criptográficamente relevante. Si la energía requerida para mantener una superposición escala con la complejidad del campo representado, entonces una computadora cuántica nunca podrá ser criptográficamente relevante. La comprensión contemporánea de la física cuántica no descarta ninguna de estas posibilidades.

Conclusión: Bitcoin No Puede Descansar

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 completamente posible que se encuentre otra falla a través de otros medios. Sabemos que ciertas curvas elípticas han demostrado tener 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 firma post-cuántica eventualmente conducirá a mejoras en la resiliencia de Bitcoin frente a futuros ataques, incluso si nunca se desarrolla un CRQC real.

Este artículo se presenta en la última edición impresa de Bitcoin Magazine, El Problema Cuántico. Lo compartimos aquí como una vista previa de las ideas exploradas a lo largo de todo el número.