El mundo de la tecnología impregna cada día más la sociedad actual, hasta el punto de que siempre que utilizamos el término información lo relacionamos directamente con un ordenador o un dispositivo de almacenamiento. Aunque este uso sea válido, podemos ver que la información está asociada a muchos otros campos de la naturaleza. La genética o, como veremos en este proyecto, la física, son algunos de esos campos. Podemos afirmar, en consecuencia, que la teoría de la información no es una disciplina exclusiva de la ingeniería, siendo también una herramienta fundamental para otras ramas de la ciencia. Pero existe algo todavía más interesante en la implementación física de la información, y es la posibilidad real de extender el átomo básico de información, bit, al qubit, una nueva magnitud que contiene a la antigua y evoluciona con nuevas reglas dictadas por la física cuántica. Su uso nos conduce a los ordenadores cuánticos y más concretamente a lo que será el tema de este proyecto: los sistemas de criptografía.
El mundo de la tecnología impregna cada día más la sociedad actual, hasta el punto de que siempre que utilizamos el término información lo relacionamos directamente con un ordenador o un dispositivo de almacenamiento. Aunque este uso sea válido, podemos ver que la información está asociada a muchos otros campos de la naturaleza. La genética o, como veremos en este proyecto, la física, son algunos de esos campos. Podemos afirmar, en consecuencia, que la teoría de la información no es una disciplina exclusiva de la ingeniería, siendo también una herramienta fundamental para otras ramas de la ciencia. Pero existe algo todavía más interesante en la implementación física de la información, y es la posibilidad real de extender el átomo básico de información, bit, al qubit, una nueva magnitud que contiene a la antigua y evoluciona con nuevas reglas dictadas por la física cuántica. Su uso nos conduce a los ordenadores cuánticos y más concretamente a lo que será el tema de este proyecto: los sistemas de criptografía.
La Mecánica Cuántica es una rama muy amplia de la Física, de gran interés teórico y práctico. En este trabajo nos centraremos en el uso de los resultados de este campo para el procesamiento de la información, lo que se conoce como Teoría de la Información Cuántica. A diferencia de la información clásica, que usa el bit como unidad mínima, veremos que la información cuántica hará uso del cúbit. Además, buscaremos describir algoritmos que nos permitan procesar la información de manera más eficiente de lo que ya lo hacen los ordenadores actuales. Sin embargo, al igual que ocurre con la información clásica, veremos que en todo sistema cuántico pueden producirse interacciones no deseadas con el entorno. Por tanto, daremos también una descripción que nos permita comprender cómo afectan estas interacciones a un sistema cuántico.
La informacion es un ente fisico. Los sistemas fisicos registran y procesan informacion. El reconocimiento de estos hechos desde el punto de vista de la teoria de la informacion y su relacion directa con aplicaciones a nuevas adolescentes ha sido crucial en el desarrollo reciente de la teoria tanto basica como aplicada, al mismo tiempo que de otras areas la computacion, matematicas e ingenierias, donde el reto de construir dispositivos que permiten el procesamiento de informacion a nivel cuantico es objetivo primordial. En los trabajos de Deutsch (Deutsch, 1985) y Shor (Shor, 1994), la nocion de bit clasico de la teoria de la informacion es conceptualmente extendida a un marco fisico radicalmente diferente con la introduccion del bit cuantico, donde fue demostrado que los efectos de interferencia cuantica de muchas cosas puede permitir una forma nueva y fundamental de computo, donde es posible la ejecucion de tareas computacionales, irresolubles, cuentos, como la factorizacion de numeros primos, muy grandes, o la simulacion exacta de sistemas, multipartitos, cuanticos. Asi, la investigacion en fisica de la informacion y el computo cuantico se ha convertido en un foco de desarrollo basico de la fenomenologia cuantica, analisis y revision del cual se presenta en este trabajo.
Empezar con la definicion formal de qubit, registrador cuantico, y de conjunto universal de compuertas logicas empleado en la construccion de un computador cuantico, desde la perspectiva de un modelo de computacion de rojo cuantica. A partir de este momento, se enfatiza en la versatilidad de la representacion de circuito cuantico para intrincar y desintrincar estados cuanticos. De aqui se introduce el teorema de no clonacion y sus aplicaciones a criptografia cuantica. Se describe dos alternativas a la formulacion 'tradicional' o usual de computo cuantico: i) computacion cuantica geometrica, y ii) computacion cuantica unidireccional. Se realiza la caracterizacion, y cuantificacion de intrincamiento cuantico, en particular de sus usos como recurso fisico en protocolos de comunicacion cuentos cuanticos como teleportacion, criptografia, codificacion superdensa, y compresion de datos. Se introduce el concepto de paralelismo cuantico de aleman y se analiza su aplicacion a la capacidad eficiente de tareas algoritmicas irresolubles clasicamente La decoherencia cuantica se presenta como proceso inherente y central en el procesamiento de informacion cuantica. Se plantean mecanismos para corregirla o evitarla, en particular, se analiza en detalle el proceso de correccion de errores cuanticos. Finalmente, se describen algunas de las implementaciones fisicas de computo y comunicacion cuantica, y de la forma como un qubit puede ser poseido fisicamente en una gran variedad de nanosistemas.
¿QUÉ ES LA CRIPTOGRAFÍA?Esta sección aborda el tema de la criptografía.La criptología incluye dos técnicas complementarias: la Criptografía y el criptoanálisis [Martorell 00].El criptoanálisis, es el estudio de técnicas matemáticas para tratar de vulnerar técnicas criptográficas, y en general, servicios de seguridad de la información [Menezes, Oorshot y Vanstone 96].La criptografía es: "... el estudio de técnicas matemáticas relacionadas con aspectos de la seguridad de la información tales como la confidencialidad, integridad de datos, autenticación de entidades, y autenticación de origen de los datos.La criptografía no es el único medio de proveer seguridad de la información, sino un conjunto de técnicas" [Menezes, Oorshot y Vanstone 96].Otra definición, un poco más precisa, es "Rama inicial de las Matemáticas y en la actualidad también de la Informática y la Telemática, que hace uso de métodos y técnicas con el objeto principal de cifrar, y por tanto proteger, un mensaje o archivo por medio de un algoritmo, usando una o más claves" [Ramió 06].Es importante mencionar que los esquemas de cifrado no son invulnerables.Por ejemplo, un espía, después de invertir un periodo de tiempo atacando el código, podría descifrar los datos.Este periodo de tiempo es importante porque la vida útil de la clave debe estar correlacionada con la vida útil de los datos que están siendo protegidos.En algunos casos un día es suficiente, mientras que en otros debería permanecer invulnerable de manera indefinida.El ataque más simple que puede realizar un atacante para saber cuál clave se está usando en una comunicación, es hacer una búsqueda exhaustiva o de
Paradójicamente se vive una analogía entre las décadas de 1950s cuando se iniciaron los computadores que operaban con transistores y grandes máquinas que cubrían grandes espacios y la década de 2000s en la cual emergen nuevas hipótesis para optimizar el rendimiento del computador cuántico desde la algoritmia hasta los qubits y desde su composición hasta su comportamiento. Hoy en día se han mejorado diferentes aspectos relacionados al mundo cuántico donde se presentan retos como la criptografía, decoherencia, superposición de estados entre otros que son fundamentales para el alcance de este poderoso ordenador. Se han construido máquinas que factorizan pequeñas cifras, sin embargo persisten dificultades en cuanto a la lectura de la información ya que el mundo atómico es un inmenso océano el cual no se ha explorado lo suficiente, cuyas bases se mantienen en lo profundo de la metafísica. La idea general es que las personas interesadas en esta temática se ilustren un poco acerca de la tecnología que abarcará toda la información del futuro, generar inquietudes que motiven al descubrimiento e investigaciones que generen discernimientos a partir de la descripción que se realiza desde el origen de la computación cuántica, sus elementos y su comportamiento.
Desde hace mas de tres cuartos de siglo, sabemos que la naturaleza esta regida por las leyes que determina una teoria fisica en muchos aspectos paradojica y contraintuitiva: la fisica cuantica. Sin apenas matematicas, situando aquello que se trata en un contexto historico, y utilizando unas atractivas ilustraciones que destacan las principales ideas que aparecen en el, este libro, La realidad cuantica, presenta los fundamentos de la mecanica cuantica. Su objetivo primero es explicar los desconcertantes conceptos de superposicion, colapso y entrelazamiento, que sostienen el edificio cuantico. Recurriendo a experimentos, los autores, dos destacados investigadores en esa rama de la fisica, van desvelando, de un modo intuitivo, esos conceptos, explicando, asimismo, resultados fundamentales como los producidos por John Bell, que precipitaron la caida del mundo determinista defendido por Einstein. Una vez establecida esa base teorico-experimental, y siguiendo el mismo procedimiento intuitivo, los autores presentan las modernas aplicaciones de esos conceptos cuantico: teleportacion, criptografia y ordenadores cuanticos. Todas ellas se enmarcan en la Teoria de la Informacion Cuantica, una disciplina tras la que se esconden importantes interrogantes que tambien se tratan aqui, tales como si la informacion es suficiente para interpretar correctamente la mecanica cuantica, o si el mundo se explicaria, en ultimo termino, como informacion.
En los últimos años, la física cuántica se volvió un tema recurrente en medios y redes, muchas veces presentado de manera fragmentaria, exagerada o directamente tergiversada.La computación cuántica, en particular, atraviesa el mismo fenómeno: se la describe como una tecnología capaz de resolverlo todo, o como una amenaza inmediata para la seguridad digital, cuando en realidad su desarrollo es aún incipiente y lleno de desafíos.Las encuestas de percepción pública de la ciencia muestran que la ciudadanía confía en la investigación científica, pero reconoce comprender poco sobre áreas complejas como la física y la computación cuántica.El propio título de este artículo, "La revolución cuántica en marcha", reafirma esta perspectiva: se trata de una revolución, sí, pero aún en movimiento, en construcción, lejos de haber alcanzado su meta definitiva.Este texto busca despejar mitos, ordenar la información real y ofrecer un panorama somero pero riguroso sobre qué sabemos, qué podemos esperar y cuál es la verdadera magnitud de esta transformación tecnológica.En este contexto de expectativas y confusión, el Premio Nobel de Física 2025 reconoció avances decisivos en el campo de la computación cuántica.Así se marca un hito que permite diferenciar lo que ya es realidad de lo que aún está en construcción.Para comprender la magnitud de este logro, conviene recordar que la física cuántica describe un mundo submicroscópico donde las reglas del sentido común se desvanecen.El reto es trasladar esos fenómenos invisibles -electrones, fotones-a máquinas visibles y controlables.Igual que un avión no imita el aleteo de un pájaro, una computadora cuántica se construye en un entorno ultracontrolado que permite que lo cuántico se despliegue como tecnología.Para lograrlo se requiere un aislamiento extremo, con dos condiciones fundamentales: temperaturas cercanas al cero absoluto y ausencia de vibraciones.El frío extremo no es un capricho: allí los materiales se vuelven superconductores, es decir, la electricidad circula sin resistencia ni pérdidas, condición indispensable para que los qubits -bits cuánticos que pueden ocupar múltiples estados, más allá del 0 y el 1 clásicos-mantengan su delicado estado de superposición, un principio que se desarrollará más adelante.El silencio frente a vibraciones cumple otra función: evita que Computación cuántica