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Quebrando RSA con computación cuántica

Área: Física — lunes, 7 de septiembre de 2009

Una computadora óptica-cuántica prototipo montada en un chip logra realizar una operación sencilla de factorización.

Foto
El chip y una moneda. Foto: Science, Jonathan Matthews/University of Bristol.

Un chip computacional cuántico primitivo desarrollado en la Universidad de Bristol, y que en un chip de silicio usa fotones en lugar de electrones, ha logrado realizar la factorización de un número compuesto. Es la primera vez que este tipo de operación se ha realizado con un chip fotónico y supone un paso interesante en la realización de futuros ordenadores cuánticos.
El chip utiliza cuatro fotones de luz para implementar el algoritmo de Shor. En concreto ha logrado factorizar el número 15, cuya respuesta es 5 y 3.
Obviamente la operación es en este caso tan sencilla que hasta un niño la puede realizar sin problemas, pero se trata de un experimento de demostración para probar el principio de funcionamiento.
Puede que el encontrar los factores primos que multiplicados nos den el número compuesto de partida parezca una tarea tonta, pero nada más lejos de la realidad. El sistema de cifrado RSA que usted utiliza (probablemente sin saberlo) cada vez que se conecta con su banco se basa en la dificultad de factorizar números muy grandes. El primer paso de RSA es crear un número compuesto que sea el producto de dos números primos grandes. A partir de estos números se elaboran las claves privadas y públicas del sistema.
Si contásemos con un buen sistema de calculo para factorizar números podríamos quebrar el sistema RSA, pero los ordenadores corrientes son muy ineficientes en esta tarea. Sin embargo, se ha demostrado que un ordenador cuántico sería muy eficiente haciendo precisamente esto (casi sería la única cosa para la que serían verdaderamente efectivos), pues un ordenador cuántico se basa en estados entrelazados que se pueden computar simultáneamente, realizando la tarea mucho más rápidamente.
El nombre “algoritmo de Shor” viene de Peter Shor, un experto en computación del MIT, que hace 15 años predijo que un computador cuántico podría vencer a cualquier ordenador convencional en operaciones de factorización. Shor escribió su algoritmo para una futura e hipotética computadora cuántica que permitiría factorizar rápidamente y por tanto quebrar el sistema RSA, teniéndose así acceso a información confidencial.
Esto es lo que precisamente ha conseguido este equipo de investigadores, que ha estado varios años desarrollando un microprocesador fotónico, un chip a base de guías de ondas fabricadas en una oblea de silicio. Esto les ha permitido miniaturizar un dispositivo (sólo 26 mm de longitud) capaz de realizar el algoritmo cuántico antes mencionado, algo que supone un paso más en la consecución de un ordenador óptico-cuántico práctico.
Estos investigadores acoplaron cuatro fotones dentro del chip usando fibras ópticas. En el chip los fotones pueden viajar por la guías de ondas y ser llevados a puertas lógicas cuánticas. La salida de datos viene determinada por los fotones que dejan el dispositivo. Como podemos ver, este chip no usa corrientes eléctricas como los chips convencionales.
El análisis de los resultados dice que el algoritmo es tan eficiente como cabía esperar.
Lo primeros prototipos de computadores cuánticos usaban iones a baja temperatura suspendidos en trampas electromagnéticas, algo muy difícil de hacer fuera de un laboratorio. Incluso otros sistemas ópticos de sobremesa, como los desarrollados anteriormente por este mismo equipo de investigadores, son engorrosos y usan un motón de lentes y espejos. Sin embargo, un chip puede fabricarse en masa y usarse en múltiples aplicaciones.
Este experimento todavía usa bastante parafernalia de laboratorio además del chip, pero demuestra que se pueden construir circuitos cuánticos complejos en silicio. Además, en este caso, podría ser fácilmente integrable (en un futuro) en sistemas de comunicación con fibras ópticas.

Fuentes y referencias:


Microprocesador cuántico de estado sólido
Realizan la primera computación cuántica.
Factorización de número grande acota la seguridad del cifrado.

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