Cada vez que haces una compra en línea, tu información viaja protegida por cifrado. La seguridad de ese cifrado se apoya en problemas matemáticos muy difíciles de resolver, pero las computadoras cuánticas amenazan con volverlos manejables. Frente a ese riesgo surgen dos respuestas distintas: la distribución cuántica de claves y la criptografía poscuántica.
El cifrado más seguro posible usa una clave secreta aleatoria tan larga como el mensaje, y se usa una sola vez. El problema práctico es cómo hacer llegar esa clave a ambas partes sin que nadie la intercepte. Los sistemas actuales usan criptografía de clave pública, cuya seguridad depende de la dificultad de problemas como factorizar números enormes.
En 1994, Peter Shor demostró que una computadora cuántica suficientemente grande podría factorizar números muy rápido, rompiendo sistemas como RSA y los basados en curvas elípticas. Aunque esa máquina aún no existe, los datos cifrados hoy podrían ser almacenados por un adversario para descifrarlos en el futuro, una estrategia conocida como cosechar ahora, descifrar después.
La distribución cuántica de claves aprovecha que medir un sistema cuántico lo perturba. Emisor y receptor intercambian fotones individuales con propiedades como la polarización, elegida al azar, y comparan después por un canal público qué configuraciones coincidieron. Si un espía intercepta los fotones, inevitablemente introduce errores detectables. Si el nivel de error es bajo, la clave resultante es segura según las leyes de la física.
El protocolo más conocido, propuesto por Bennett y Brassard en 1984, usa cuatro estados de polarización en dos bases distintas. Solo los casos en que emisor y receptor usaron la misma base contribuyen a la clave. El teorema de no clonación impide que un espía copie los fotones sin alterarlos, lo que da sustento a la seguridad del sistema.
Los fotones se pierden en las fibras ópticas con la distancia, y no se pueden amplificar sin destruir la información cuántica. Por eso los enlaces terrestres alcanzan unos cientos de kilómetros, y se exploran repetidores cuánticos y comunicaciones por satélite para ampliar el alcance. Además, la distribución de claves no protege contra fallos en los dispositivos reales, que se estudian con atención.
La alternativa más práctica a corto plazo son algoritmos matemáticos diseñados para resistir ataques de computadoras cuánticas, funcionando en equipos y redes convencionales. Organismos de estandarización han seleccionado varios algoritmos basados en retículos y otras estructuras. Las organizaciones ya comienzan a planificar la migración a estos nuevos estándares.
Las empresas deben inventariar dónde usan criptografía, priorizar los datos que deben mantenerse confidenciales durante décadas y seguir las recomendaciones de migración. Para el usuario común, lo más útil es mantener actualizados sus dispositivos y aplicaciones.
Otra aplicación práctica de la física cuántica en seguridad son los generadores cuánticos de números aleatorios. Muchos sistemas criptográficos dependen de números impredecibles, y los procesos cuánticos, como la detección de fotones, ofrecen una fuente de aleatoriedad genuina que no depende de algoritmos. Algunos teléfonos y servidores ya incorporan este tipo de chips.
Varios países trabajan en redes que combinan fibra óptica, satélites y repetidores cuánticos para conectar ciudades. El objetivo a largo plazo es un internet cuántico que permita distribuir entrelazamiento y conectar computadoras cuánticas, además de ofrecer comunicaciones con seguridad demostrable.
La criptografía cuántica muestra cómo los principios más extraños de la física pueden convertirse en herramientas para proteger la información, y por qué conviene prepararse ahora para el mundo de las computadoras cuánticas.