Ibermática innova en computación cuántica para hacer frente a la nueva generación de ciberataques

¿Cuál es el estado actual de desarrollo de la computación cuántica y en qué sectores se encuentra más avanzado su uso?

La computación cuántica es una de las tecnologías más punteras que existen en la actualidad. Gracias a los enormes avances que se han producido durante los últimos años en hardware y software ya ha dejado de ser pura teoría, convirtiéndose en algo real. Es muy prometedora en muchos sectores, como el financiero, salud, cadena de suministros, sector logístico en su ámbito de aplicación en investigación médica, la inteligencia artificial, el pronóstico del tiempo, etc.

Supone un gran avance en la capacidad de procesamiento y análisis pero ¿tiene también un mayor riesgo para la seguridad?

Efectivamente también representa una amenaza significativa para la ciberseguridad, que requiere un cambio en la forma en que ciframos nuestros datos.

A pesar de que las computadoras cuánticas técnicamente no tienen el poder de romper la mayoría de nuestras formas actuales de cifrado, todavía, debemos adelantarnos a la amenaza y encontrar soluciones a prueba de computación cuántica ahora. Si esperamos hasta que esas poderosas computadoras cuánticas comiencen a romper nuestro cifrado, será demasia­do tarde.

Otra razón para actuar ahora es la amenaza del robo de datos, indepen­dientemente de cuándo las compu­tadoras cuánticas estén disponibles comercialmente, porque los actores nefastos que roban y comercializan con datos están ya robando informa­ción y aferrándose a ella hasta que puedan tener en sus manos una com­putadora cuántica para descifrarla. En ese momento, los datos ya se habrán visto comprometidos. La única forma de garantizar la seguridad de la infor­mación, en particular la información que debe permanecer segura en el fu­turo, es salvaguardarla ahora con una solución a prueba de cuánticas.

¿Cuáles son las principales amenazas de la computación cuántica para la ciberseguridad?

Las computadoras cuánticas podrán resolver problemas que son dema­siado complejos para que las compu­tadoras clásicas los descubran. Esto incluye resolver los algoritmos que hay detrás de las claves de cifrado que protegen nuestros datos y la in­fraestructura de Internet. Gran parte del cifrado actual se basa en fórmulas matemáticas que tomarían a las com­putadoras de hoy en día un tiempo poco práctico para decodificar.

Piense en dos números grandes, por ejemplo, y multiplíquelos. Es fácil en­contrar el resultado, pero mucho más difícil comenzar con el gran número y factorizarlo en sus dos números pri­mos. Una computadora cuántica, sin embargo, puede factorizar fácilmente esos números y romper el código. Pe­ter Shor desarrolló un algoritmo cuán­tico (acertadamente llamado algorit­mo de Shor) que fácilmente factoriza grandes números mucho más rápida­mente que una computadora clásica. Desde entonces, los científicos han estado trabajando en el desarrollo de computadoras cuánticas que pueden tener en cuenta números cada vez mayores.

El cifrado RSA es uno de los sistemas de cifrado asimétricos más exitosos de la actualidad. Utilizado particularmen­te para enviar datos confidenciales a través de Internet, se basa en núme­ros de 2048 bits. Los expertos estiman que una computadora cuántica nece­sitaría una capacidad de 70 millones de cúbits (bits cuánticos) para romper ese cifrado. Teniendo en cuenta que la computadora cuántica más grande de la actualidad es la de 53 cúbits de IBM, podría pasar mucho tiempo antes de que rompamos ese cifrado.

La computación cuántica tendrá un impacto tan profundo en la ciberseguridad que cambiará las reglas del juego

Sin embargo, a medida que el ritmo de la investigación cuántica continúa acelerándose, no se puede descar­tar el desarrollo de una computadora de este tipo en los próximos 35 años. Como ejemplo, en 2019 Google y el KTH Royal Institute of Technology de Suecia encontraron una forma más eficiente para que las computadoras cuánticas realicen los cálculos de des­cifrado de códigos, “reduciendo los recursos que requieren en órdenes de magni­tud”. Su trabajo demostró que una computado­ra de 20 millones de cúbits podría romper un número de 2048 bits en solo 8 horas.

Pero los datos confidenciales perecederos no son la principal preocupación cuando se trata de la amenaza del cifrado cuántico. El mayor riesgo es la vulnerabilidad de la información que necesita mantenerse en secreto en el fu­turo, como los datos a nivel de seguridad na­cional, los datos bancarios, etcétera. Esos son los secretos que realmente necesitan ser pro­tegidos con cifrado a prueba cuántica ahora, particularmente frente a los ciberdelincuentes que lo están robando mientras esperan una computadora cuántica que pueda romper el cifrado.

¿Qué herramientas se utilizan para establecer los cordones de seguridad necesarios?

Los investigadores han estado trabajando duro los últimos años para desarrollar un cifrado “cuánticoseguro”. Según el American Scientist, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnolo­gía de los Estados Unidos (NIST) ya está eva­luando 69 nuevos métodos potenciales para lo que llama “criptografía postcuántica (PQC)”.

Otro método prometedor es la distribución de claves cuánticas (QKD), que utiliza las propie­dades de la física cuántica para transferir de forma segura una “clave cuántica” entre dos puntos finales. Inicialmente, este método solo era posible a través de cable de fibra óptica, pero también se está desarrollando una forma de transferirlo a través de Internet. La idea se­ría que las compañías puedan elegir el nivel de preparación cuántica que deseen e incorporar sin problemas QKD o PQC según sea necesa­rio para la seguridad de sus comunicaciones.

Hay muchas preguntas que rodean a la com­putación cuántica y los científicos continúan trabajando para responderlas. Sin embargo, cuando se trata del impacto de la computa­ción cuántica en la ciberseguridad, una cosa es innegable: representará una amenaza para la ciberseguridad y nuestras formas actuales de cifrado. Para mitigar esa amenaza, debe­mos cambiar la forma en que mantenemos nuestros datos seguros y comenzar a hacerlo ahora.

Necesitamos acercarnos a la amenaza cuánti­ca como lo hacemos con otras vulnerabilida­des de seguridad: mediante la implementación de un enfoque de defensa en profundidad, caracterizado por múltiples capas de protec­ción cuántica segura. Las organizaciones de seguridad avanzada entienden esta necesi­dad de agilidad criptográfica y están buscan­do soluciones como para hacer que su cifrado sea cuántico seguro ahora y esté listo para las amenazas del mañana.

En Ibermática, ¿desde cuándo se está traba­jando en proyectos de computación cuánti­ca? ¿En qué áreas se ha avanzado más?

Ibermática, a través de su Instituto de Innova­ción (i3B), lleva más de tres años embarcada en el desarrollo de proyectos en computación cuántica, principalmente en el ámbito indus­trial y en la ciberseguridad. No es casualidad. La computación cuántica tiene un enfoque práctico directo en aquellos ambientes en los que la variabilidad de escenarios es ingente, y la posibilidad de evaluar todas las posibles so­luciones sería un problema complejo aplican­do modelos clásicos de búsqueda o incluso de inteligencia artificial.

En estos casos (proyectos de optimización, si­mulación y “machine learning en tiempo real”), la computación cuántica, gracias a sus propie­dades basadas en la superposición de esta­dos, entrelazamiento e interferencia, permite con los ordenadores cuánticos actuales una ventaja sobre los algoritmos clásicos, por lo que no es casualidad que I3B ya esté desarro­llando modelos que abordan la optimización de rutas productivas, la detección inmediata de anomalías en ciberseguridad, y los prime­ros desarrollos de la aplicación de redes neu­ronales cuánticas en entornos de aprendizaje “online”.

La labor de Ibermática en estos años está cen­trada principalmente en desarrollar una base de conocimiento en torno a las tecnologías cuánticas impulsando un ecosistema cuántico nacional, así como investigar en una nueva ge­neración de tecnologías cuánticas que se inte­gren en el ecosistema industrial, buscando ca­sos de uso de aplicación en nuestros clientes y posicionar las tecnologías cuánticas y sus apli­caciones en las agendas y programas de I+D+i.

Los fondos Next Generation serán un impulso para el desarrollo de la computación cuántica

Si la capacidad de una computadora cuánti­ca es exponencialmente mayor que la de una computadora tradicional, ¿lo será también su velocidad de implantación?

Estamos convencidos de que en los próximos tres años la computación cuántica va a cam­biar el mundo de la ingeniería informática y de la inteligencia artificial, tal y como la cono­cemos, y nos vemos en la obligación de estar preparados ante dichos cambios e ir también preparando a nuestros clientes para dicha dis­rupción tecnológica, tanto a nivel algorítmico, como metodológico y generador de talento. Es por ello que ya estamos trabajando en la con­fección de una estrategia nacional en compu­tación cuántica, dentro de grupos de trabajo cuánticos a nivel estatal, como el grupo cuán­tico de Ametic, entre otros, y por otro lado, a través de los laboratorios de innovación pro­pios, comenzando a implantar casos de uso sobre tecnología cuántica en nuestros clientes más importantes.

¿Qué tareas deben acometer con rapidez las empresas para adaptarse al futuro cuántico? ¿Y la Administración?

La computación cuántica es una tecnología que se acerca rápidamente al ámbito de la ci­berseguridad y por ello las empresas deben entrar en acción de inmediato y analizar las diferentes formas de implementar la cuántica para mejorar la seguridad y evitar que los intru­sos roben datos confidenciales. Las empresas deben comenzar a pensar estratégicamente sobre los riesgos a largo plazo y los beneficios de la tecnología de computación cuántica y participar de manera seria para implementar las mejores prácticas de ciberseguridad.

Algunas tecnologías cuánticas están ya dispo­nibles para su implementación industrial (prin­cipalmente seguridad, optimización y comu­nicaciones). Las compañías que den un paso adelante, innovando y preparándose para esta revolución en la computación cuántica, podrán capitalizar las oportunidades que esta tecno­logía traerá al mercado.

¿Van a ser los Next Generation un agente ace­lerador para el desarrollo de la computación cuántica?

Sí, sin duda permitirán acelerar el desarrollo de la computación cuántica. De hecho exis­te ya un proyecto financiado con fondos Next Generation a través de la Secretaría de Esta­do de Digitalización e Inteligencia Artificial que se llama Quantum Spain. Es el nuevo proyecto nacional que persigue dar un impulso al eco­sistema de computación cuántica español.

Por otra parte, hay dos componentes del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia que ponen foco en este ámbito. Por un lado, el Componente 16: Estrategia Nacional de Inteligencia Artificial, para el desarrollo de plataformas de datos e infraestructuras tecno­lógicas para dar soporte a la IA, a través del re­fuerzo de las capacidades estratégicas de su­percomputación. Por otro lado, el componente 17 incide en desarrollar y escalar las actuales capacidades de supercomputación del país de forma que permitan desarrollar soluciones in­novadoras al servicio de la sociedad. En este sentido, destaca el énfasis en la aplicación de tecnologías cuánticas en el sector productivo, con un enfoque en la industria del espacio, en la salud (ej., instrumentación médica), y en las pymes innovadoras al servicio de la sociedad.

Desde nuestra unidad Next Ibermática esta­mos colaborando con el Gobierno central en la definición de las líneas estratégicas para iden­tificar y ejecutar proyectos dentro de los planes con cargo a los fondos europeos, a través de nuestra participación en diversos MDIs, y los proyectos cuánticos pueden ser una parte de ellos. Asimismo estamos homologados como agente digitalizador del programa de Ayudas Kit Digital. Ofrecemos soluciones en ámbitos clave para que las pymes puedan mejorar su posición competitiva en un mercado cada vez más exigente, acompañándoles en todo el proceso, desde la petición de la financiación hasta la implantación y puesta en marcha de los servicios seleccionados.