![amenazas que aporta al panorama de la
ciberseguridad de las telecomunicaciones.
La computación cuántica o informática
cuántica[1]
es un paradigma de computación distinto al de la
informática clásica. Se basa en el uso
de cúbits (qubits en inglés), una especial
combinación de dos y tres.
Funcionamiento
Cúbit
En el modelo de cómputo tradicional el bit es la
unidad mínima de información, el cual
corresponde a un sistema binario, sólo puede
tomar dos valores, representados por 0 y 1.
Entrelazamiento
El entrelazamiento es una cualidad con la que
dos cúbits que han sido entrelazados (en una
correlación) pueden ser manipulados para hacer
exactamente lo mismo.
Interferencia cuántica
Durante la manipulación de cúbits, se puede
realizar una operación llamada interferencia
cuántica, que aprovecha las propiedades de la](https://image.slidesharecdn.com/queslacomputacincuntica-250603232458-f07ee9de/85/Que-es-la-computacion-cuantica-docxANGIE-docx-18-320.jpg)
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- 1. INFORMÁTICA ACUANTICA NOMBRE : BALMACEDA NAVARRO ANGIE ARQUITECTURA DE PLATAFORMA Y SERVICIOS DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN
- 2. ¿Qué es la computación cuántica? La computación cuántica es un campo multidisciplinario que aúna aspectos de ciencias de la computación, física y matemáticas y utiliza mecánicas cuánticas para resolver problemas complejos más rápido que las computadoras clásicas. El campo de la computación cuántica incluye investigación de hardware y desarrollo de aplicaciones. Las computadoras cuánticas son capaces de resolver ciertos tipos de problemas más rápido que las computadoras clásicas, ya que sacan partido de los efectos de la mecánica cuántica, como la superposición y la interferencia cuántica.
- 3. ¿Cuál es la ventaja de la computación cuántica? Actualmente, ninguna computadora cuántica puede realizar una tarea útil de manera más rápida, económica o eficiente que una computadora clásica. La ventaja cuántica es el umbral en el que hemos construido un sistema cuántico que puede realizar operaciones que la mejor computadora cuántica posible no puede simular en ningún tipo de tiempo razonable. ¿Qué es la mecánica cuántica? La mecánica cuántica es el área de la física que estudia el comportamiento de las partículas en
- 4. un ámbito microscópico. A niveles subatómicos, las ecuaciones que describen cómo se comportan las partículas son diferentes de las que describen el mundo macroscópico que nos rodea. ¿Que es un cúbit? Los bits cuánticos, o cúbits, están representados por partículas cuánticas. La manipulación de cúbits por dispositivos de control es el núcleo del poder de procesamiento de una computadora cuántica. Los cúbits en las computadoras cuánticas son análogos a los bits en las computadoras clásicas. En esencia, el procesador de una máquina clásica hace todo su trabajo manipulando bits. ¿En qué se diferencian los cúbits de los bits clásicos? En la computación clásica, un bit es una señal electrónica que está encendida o apagada. El valor del bit clásico puede ser uno (encendido) o cero (apagado). Sin embargo, debido a que el cúbit se basa en las leyes de la mecánica cuántica, se puede colocar en una superposición de estados. ¿Cuáles son los principios de la computación cuántica?
- 5. Una computadora cuántica funciona usando principios cuánticos. Los principios cuánticos requieren un nuevo diccionario de términos para comprenderlos por completo, términos que incluyen superposición, entrelazamiento y decoherencia. Superposición La superposición establece que, al igual que las ondas en la física clásica, puede agregar dos o más estados cuánticos y el resultado será otro estado cuántico válido. Por el contrario, también puede representar cada
- 6. estado cuántico como una suma de dos o más estados distintos. Entrelazamiento El entrelazamiento cuántico ocurre cuando dos sistemas se vinculan tan estrechamente que el conocimiento sobre uno le brinda un conocimiento inmediato sobre el otro, sin importar cuán separados estén. Los procesadores cuánticos pueden sacar conclusiones sobre una partícula midiendo otra. Por ejemplo, pueden determinar que si un bit gira hacia arriba, el otro siempre girará hacia abajo y viceversa. Decoherencia La decoherencia es la pérdida del estado cuántico en un bit. Los factores ambientales, como la radiación, pueden provocar el colapso del estado cuántico de los cúbits. Un gran desafío de ingeniería en la construcción de una computadora cuántica es diseñar las diversas características que intentan retrasar la decoherencia del estado. Cuáles son los componentes de una computadora cuántica?
- 7. Las computadoras cuánticas tienen hardware y software, similar a una computadora clásica. Hardware cuántico El hardware cuántico tiene tres componentes principales. Plano de datos cuánticos El plano de datos cuánticos es el núcleo de la computadora cuántica e incluye los cúbits físicos y las estructuras necesarias para mantenerlos en su lugar. Plano de control y medida El plano de control y medición convierte las señales digitales en señales analógicas o de control de onda. Plano del procesador de control y procesador host El plano del procesador de control implementa el algoritmo cuántico o secuencia de operaciones. Software cuántico El software cuántico implementa algoritmos cuánticos únicos utilizando circuitos cuánticos. ¿Cuáles son los tipos de tecnología cuántica?
- 8. Nadie ha mostrado la mejor manera de construir una computadora cuántica tolerante a fallas y múltiples compañías y grupos de investigación están investigando diferentes tipos de cúbits. A continuación, damos un breve ejemplo de algunas de estas tecnologías bit. Procesadores de trampas de iones basados en puertas Una computadora cuántica basado en puertas es un dispositivo que toma datos de entrada y los transforma de acuerdo con una operación unitaria predefinida. La operación generalmente se representa mediante un circuito cuántico y es análoga a las operaciones de puerta en la electrónica tradicional. Sin embargo, las puertas cuánticas son totalmente diferentes de las puertas electrónicas. Procesadores superconductores basados en puertas La superconductividad es un conjunto de propiedades físicas que puedes observar en ciertos materiales como el mercurio y el helio a temperaturas muy bajas. Procesadores fotónicos Un procesador fotónico cuántico es un dispositivo que manipula la luz para realizar
- 9. cálculos. Las computadoras cuánticas fotónicas utilizan fuentes de luz cuántica que emiten impulsos luminosos a presión junto con equivalentes de cúbit que corresponden a modos de un operador continuo, como posición o movimiento. Procesadores de átomos neutros La tecnología de cúbits de átomos neutros es similar a la tecnología de iones atrapados. Sin embargo, utiliza luz en lugar de fuerzas electromagnéticas para atrapar el bit y mantenerlo en su posición. Procesadores atómicos Rydberg Un átomo de Rydberg es un átomo agitado con uno o más electrones que, en promedio, están más alejados del núcleo. Temple cuántico El temple cuántico utiliza un proceso físico para colocar los cúbits de un sistema cuántico en un mínimo absoluto de energía. A partir de ahí, el hardware modifica suavemente la configuración del sistema para que su panorama energético refleje el problema que debe resolverse. ¿Cómo utilizan las empresas la computación cuántica?
- 10. La computación cuántica puede revolucionar las industrias. Damos algunos ejemplos de casos de uso a continuación: ML El machine learning (ML) es el proceso de analizar grandes cantidades de datos para ayudar a las computadoras a hacer mejores predicciones y decisiones. La investigación en computación cuántica estudia los límites físicos del procesamiento de la información y está abriendo nuevos caminos en la física fundamental. Optimización La computación cuántica puede mejorar la investigación y el desarrollo, la optimización de la cadena de suministro y la producción. Por ejemplo, podría aplicar la computación cuántica para disminuir los costos relacionados con el proceso de fabricación y acortar los tiempos de ciclo. Simulación El esfuerzo computacional requerido para simular sistemas con precisión aumenta exponencialmente con la complejidad de las moléculas y los materiales de los fármacos.
- 11. ¿Cómo puede empezar con la computación cuántica? Si desea probar la computación cuántica, puede comenzar con un emulador de hardware cuántico en su máquina local. Los emuladores son software regular que imitan el comportamiento cuántico en una computadora clásica. Son predecibles y te permiten ver estados cuánticos. Son útiles si desea probar sus algoritmos antes de invertir en tiempo de hardware cuántico. Sin embargo, no pueden recrear un comportamiento cuántico real. También puede usar un servicio de computación cuántica en la nube para codificar en una verdadera computadora cuántica sin invertir en hardware costoso.
- 12. El futuro de la informática cuántica y la ciberseguridad en las telecomunicaciones Una de las tecnologías más críticas que habrá que vigilar en los próximos años es la computación cuántica y su efecto en las telecomunicaciones tiene un inmenso potencial. Aunque esta tecnología está llamada a revolucionar varios sectores, también plantea
- 13. importantes retos a las actuales prácticas de ciberseguridad. El auge de las amenazas cuánticas Los ordenadores cuánticos funcionan según los principios de la mecánica cuántica, lo que significa que utilizan principalmente cuatro principios clave de la física cuántica. En lugar de bits, aquí se trata de qubits. Y la informática cuántica es una ciencia en sí misma, así que quizá podamos dejarla para otro artículo. Lo que es importante saber es que, gracias a ello, los ordenadores cuánticos pueden realizar múltiples cálculos al mismo tiempo. Esta capacidad les permite descifrar algoritmos de cifrado ampliamente utilizados, como RSA y ECC, que protegen la mayoría de las comunicaciones en línea hoy en día. Para las telecomunicaciones, esto significa que una vez que los ordenadores cuánticos sean lo suficientemente potentes y accesibles, la seguridad de las comunicaciones cifradas, los datos de los clientes y las operaciones de red estarán en peligro. Los expertos prevén que
- 14. incluso los datos que se cifran ahora podrían ser almacenados por agentes malintencionados y descifrados más tarde, cuando los ordenadores cuánticos alcancen capacidades suficientes o sean más accesibles. El sector de las telecomunicaciones: un objetivo crítico Los grandes volúmenes de datos empresariales, personales y gubernamentales que manejan las empresas de telecomunicaciones las convierten en objetivos fáciles para los ciberataques posibilitados por la computación cuántica. Las redes del sector son fundamentales para la comunicación internacional, las finanzas e incluso la seguridad nacional. Las empresas de telecomunicaciones tendrán que cambiar a un cifrado resistente a la computación cuántica para salvaguardar sus redes de brechas desastrosas, ya que los ordenadores cuánticos pueden eludir el cifrado convencional.
- 15. Las organizaciones del sector de las telecomunicaciones ya están empezando a actuar, adhiriéndose a leyes y reglamentos. Por ejemplo, el gobierno de Estados Unidos ha ordenado a las agencias federales que empiecen a aplicar protecciones de criptografía post-cuántica (PQC) a través de la Ley de Preparación para la Ciberseguridad de la Computación Cuántica. De forma similar, la Autoridad Monetaria de Singapur animó al sector empresarial a tomar medidas proactivas publicando consejos para mitigar los problemas de ciberseguridad cuántica. Criptografía post cuántica En respuesta a estas preocupaciones, las empresas tecnológicas y los investigadores están trabajando en métodos de cifrado post- cuántico que resistan las capacidades de descifrado cuántico. Empresas como Google y Apple empezaron a experimentar con técnicas de criptografía de seguridad cuántica en 2024 en un esfuerzo por seguir el ritmo del
- 16. desarrollo de las tecnologías. Google ha integrado protocolos resistentes a la cuántica en sus comunicaciones internas, mientras que Apple ha construido el sistema PQ3 para salvaguardar iMessage de cualquier ataque cuántico en el futuro. Nuevos escenarios El cambio a un cifrado seguro para la computación cuántica conlleva su propio conjunto de dificultades. Numerosas infraestructuras de telecomunicaciones dependen de sistemas anticuados que no son compatibles con los perfiles criptográficos modernos. Las empresas tienen que examinar sus sistemas, calcular el tiempo necesario para la transición a alternativas de seguridad cuántica y designar los recursos necesarios para esta implantación. Prepararse para el futuro cuántico
- 17. Las empresas de telecomunicaciones deben actuar con prontitud, prepararse en consecuencia para mitigar los riesgos cuánticos y preparar sus infraestructuras para el futuro. La idea es que si se empieza a pensar en la informática cuántica cuando ya está aquí, entonces ya es demasiado tarde. A medida que se desarrolla la informática cuántica, las organizaciones deben implantar criptografía resistente a la cuántica, reevaluar sus estrategias de protección de datos y adoptar protocolos de ciberseguridad modernizados. La carrera está en marcha no sólo para utilizar el poder de la tecnología cuántica, sino también para defenderse de las
- 18. amenazas que aporta al panorama de la ciberseguridad de las telecomunicaciones. La computación cuántica o informática cuántica[1] es un paradigma de computación distinto al de la informática clásica. Se basa en el uso de cúbits (qubits en inglés), una especial combinación de dos y tres. Funcionamiento Cúbit En el modelo de cómputo tradicional el bit es la unidad mínima de información, el cual corresponde a un sistema binario, sólo puede tomar dos valores, representados por 0 y 1. Entrelazamiento El entrelazamiento es una cualidad con la que dos cúbits que han sido entrelazados (en una correlación) pueden ser manipulados para hacer exactamente lo mismo. Interferencia cuántica Durante la manipulación de cúbits, se puede realizar una operación llamada interferencia cuántica, que aprovecha las propiedades de la
- 19. superposición para reforzar o cancelar ciertos resultados, mejorando así la precisión y eficiencia de los cálculos. Problemas Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de la decoherencia cuántica, que causa la pérdida del carácter unitario (y, más específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Soporte físico Aún no se ha resuelto el problema sobre qué soporte físico sería el idóneo para la computación cuántica. Se ha definido una serie de condiciones que debe cumplir, conocida como la lista de Di Vincenzo, y hay varios candidatos actualmente. Condiciones a cumplir El sistema ha de poder iniciarse, esto es, llevarse a un estado de partida conocido y controlado. Ha de ser posible hacer manipulaciones a los cúbits de forma controlada, con un conjunto de operaciones que forme un conjunto universal de puertas lógicas (para poder reproducir cualquier otra puerta lógica posible). El sistema ha de mantener su coherencia cuántica a lo largo del experimento.
- 20. Ha de poder leerse el estado final del sistema, tras el cálculo. Cronología Años 1980 A comienzos de la década de 1980, empezaron a surgir las primeras teorías que apuntaban a la posibilidad de realizar cálculos de naturaleza cuántica. 1981 - Paul Benioff Las ideas esenciales de la computación cuántica surgieron de la mente de Paul Benioff, quien trabajaba en el Laboratorio Nacional Argonne, en Illinois (Estados Unidos). Imaginó un ordenador tradicional (máquina de Turing) que trabajaba con algunos principios de la mecánica cuántica. 1981-1982 Richard Feynman Richard Feynman, físico del Instituto de Tecnología de California (Estados Unidos) y
- 21. ganador del Premio Nobel en 1965, presentó una ponencia durante la Primera Conferencia sobre la Física de la Computación. 1985 - David Deutsch David Deutsch, físico israelí de la Universidad de Oxford (Inglaterra) describió el primer computador cuántico universal, es decir, capaz de simular cualquier otro computador cuántico (principio de Church-Turing ampliado). De este modo, surgió la idea de que un ordenador cuántico podría ejecutar diferentes algoritmos cuánticos. Años 1990 En esta época la teoría empezó a plasmarse en la práctica: aparecieron los primeros algoritmos cuánticos, las primeras aplicaciones cuánticas y las primeras máquinas capaces de realizar cálculos cuánticos. 1993 - Dan Simon Desde el departamento de investigación de Microsoft (Microsoft Research), surgió un problema teórico que demostraba la ventaja práctica que tendría un computador cuántico frente a uno tradicional. 1993 - Charles Benett Este trabajador del centro de investigación de IBM en Nueva York descubrió
- 22. el teletransporte cuántico y que abrió una nueva vía de investigación hacia el desarrollo de comunicaciones cuánticas. 1994-1995 Peter Shor Este científico estadounidense de AT&T Bell Laboratories definió el algoritmo que lleva su nombre y que permite calcular los factores primos de números a una velocidad mucho mayor que en cualquier computador tradicional. 1996 - Lov Grover Inventó el algoritmo de búsqueda de datos que lleva su nombre, algoritmo de Grover. Aunque la aceleración conseguida no es tan drástica como en los cálculos factoriales o en simulaciones físicas, su rango de aplicaciones es mucho mayor. 1997 - Primeros experimentos En 1997 se iniciaron los primeros experimentos prácticos y se abrieron las puertas para empezar a ejecutar todos aquellos cálculos y experimentos que habían sido descritos teóricamente hasta entonces. 1998-1999 Primeros cúbits Investigadores de Los Álamos y el Instituto Tecnológico de Massachusetts consiguen propagar el primer cúbit a través de una solución
- 23. de aminoácidos. Supuso el primer paso para analizar la información que transporta un cúbit. BIBLIOGRAFÍA INFORMÁTICA ACUÁNTICA https://aws.amazon.com/es/what-is/ quantum-computing/#:~:text=Una %20computadora%20cu%C3%A1ntica %20basado%20en,puerta%20en%20la %20electr%C3%B3nica%20tradicional https://www.telefonica.com/es/sala- comunicacion/blog/futuro-informatica- cuantica-ciberseguridad-telecomunicaciones/ https://es.wikipedia.org/wiki/Computaci %C3%B3n_cu%C3%A1ntica