Si las computadoras cuánticas amenazan las cadenas de bloques, las cadenas de bloques cuánticas podrían ser la defensa

Una cadena de bloques es una estructura matemática que almacena datos de forma segura a lo largo del tiempo. La idea saltó a la fama gracias al auge de Bitcoin. Bitcoin se basa en cadenas de bloques para almacenar de forma segura sus transacciones de divisas relacionadas.

Pero la misma tecnología puede almacenar cualquier tipo de datos: datos de envío, el progreso de los programas informáticos, contratos inteligentes, etc. De hecho, parece que las cadenas de bloques se convertirán en una de las tecnologías habilitadoras del siglo XXI.

Y, sin embargo, tienen un talón de Aquiles. La seguridad de una cadena de bloques está garantizada por funciones criptográficas estándar. Estos son relativamente seguros porque romperlos requiere enormes recursos informáticos, que generalmente no están disponibles.

Eso parece que va a cambiar con la aparición de poderosas computadoras cuánticas. Será un juego de niños para tales dispositivos romper este tipo de protección criptográfica. Pero las computadoras cuánticas no pueden descifrar los códigos criptográficos cuánticos, por lo que varios grupos han sugerido agregar criptografía cuántica a las cadenas de bloques para garantizar su seguridad.

Hay una solución mejor y más fundamental, dicen Del Rajan y Matt Visser de la Universidad Victoria de Wellington en Nueva Zelanda. La criptografía cuántica simplemente agrega una capa cuántica al protocolo estándar de la cadena de bloques. En cambio, sugieren hacer de toda la cadena de bloques un fenómeno cuántico.

Su idea es crear una cadena de bloques utilizando partículas cuánticas que se entrelazan en el tiempo. Eso permitiría que una sola partícula cuántica codifique la historia de todos sus predecesores de una manera que no pueda ser pirateada sin destruirla. Dicho protocolo se basa en las leyes de la física para garantizar la seguridad. Sin embargo, también conduce a algunos efectos secundarios inusuales. Esta cadena de bloques cuántica descentralizada se puede ver como una máquina del tiempo en red cuántica, dicen Rajan y Visser.

Primero algunos antecedentes. Una cadena de bloques es simplemente un libro de contabilidad que registra información de cierto tipo, por ejemplo, transacciones de divisas. Las transacciones se agregan continuamente a una base de datos llamada bloque, pero al final de un período de tiempo determinado, el bloque se cifra mediante un dispositivo matemático llamado función hash. Esto produce un número único que se puede usar para representar los datos exactamente.

Este número único se incluye luego en el siguiente bloque con el siguiente conjunto de transacciones. Después de un tiempo, todo se encripta usando la función hash para producir un nuevo número único. Esto se agrega al siguiente bloque. Y así sucesivamente, creando una cadena de bloques que están todos anidados dentro del último, de ahí el nombre de cadena de bloques.

Cualquiera que intente falsificar el registro histórico necesitaría encontrar una manera de alterar los datos de una manera que no cambie el resultado de la función hash. Y eso es tan desafiante desde el punto de vista computacional que se considera imposible con una computadora clásica. Pero es posible con el tipo de computadoras cuánticas que pronto estarán disponibles.

Entonces, Rajan y Visser han ideado un enfoque diferente que se basa en una versión completamente cuántica de una cadena de bloques. El fenómeno en el corazón de su enfoque se llama entrelazamiento. Cuando dos partículas cuánticas se entrelazan, comparten la misma existencia. Esto sucede cuando interactúan en el mismo punto en el espacio y el tiempo. Después de eso, una medida en uno influye inmediatamente en el otro, sin importar cuán separados puedan estar.

Lo que garantiza la seguridad es que el enredo es extraordinariamente frágil. Una medición en uno de un par de partículas entrelazadas destruye inmediatamente el enlace. Entonces, si un usuario malicioso intenta interferir con uno de los dos, es inmediatamente obvio para el otro.

Así como las partículas pueden enredarse en el espacio, también pueden enredarse con el tiempo. Entonces, una partícula que existe en el presente puede entrelazarse con una que existió en el pasado. Y una medida en él influye inmediatamente en su predecesor.

Eso conduce a algunos fenómenos sutiles y contrarios a la intuición. Por ejemplo, existe un sentido cuántico especial en el que es posible influir en el pasado. Por supuesto, existen límites estrictos sobre lo que esto hace posible. No es posible, por ejemplo, poner en marcha una serie de eventos que matarán a tus abuelos, asegurando así que nunca exististe. Ese tipo de paradoja no está permitido.

Pero se vuelve más difícil distinguir entre causa y efecto. Otro efecto es que se hace posible aumentar la cantidad de información que se puede transmitir a través del tiempo.

Es este tipo de entrelazamiento temporal el que Rajan y Visser explotan para producir una cadena de bloques cuántica. La idea básica es codificar datos en una partícula cuántica. Esto se convierte en el primer bloque cuántico.

Cuando hay más datos disponibles, estos se combinan con los datos de la primera partícula en una operación cuántica que los entrelaza con una segunda partícula. Luego se descarta el primero y el registro del primer bloque de transacciones se combina con el segundo bloque. Los datos de un tercer bloque se pueden agregar de la misma manera, creando una cadena.

Esta cadena es segura porque cualquiera que intente manipularla la invalida inmediatamente. Esa es la ventaja del entrelazamiento cuántico.

Esta cadena de bloques cuántica tiene otra ventaja: los bloques anteriores son completamente a prueba de manipulaciones. El atacante ni siquiera puede intentar acceder a los fotones anteriores porque ya no existen, dicen Rajan y Visser. El enredo en el tiempo proporciona un beneficio de seguridad mucho mayor que el enredo en el espacio.

Además, la mayor parte de la tecnología para hacer que esto funcione ya existe, al menos en forma de prueba de principio. Ya se ha demostrado que todos los subsistemas de este diseño se realizan experimentalmente, dicen Rajan y Visser.

Ese es un trabajo interesante que probablemente se volverá más relevante a medida que comiencen a surgir poderosas computadoras cuánticas. IBM ya tiene una computadora cuántica de 50 qubits y se están preparando máquinas más potentes. Es solo cuestión de tiempo antes de que sean capaces de socavar la confianza en las cadenas de bloques.

Pero una parte clave de la infraestructura necesaria para hacer que este tipo de blockchain cuántica funcione aún no está disponible: una red cuántica. Esta es una red que puede transmitir información cuántica a través de enrutadores cuánticos sin destruir sus propiedades cuánticas. Este tipo de sistema se está diseñando actualmente y se espera que se implemente en Europa, EE. UU. y China en los próximos meses o años.

De hecho, el trabajo de construir un sistema de este tipo es esencialmente una tarea de ingeniería más que de física fundamental. Entonces, es solo cuestión de tiempo antes de que una cadena de bloques cuántica sea posible. Si será este protocolo el que emerja como el mejor es otra cuestión, por supuesto.

¡Quizás Rajan y Visser podrían hacer un buen uso de su máquina del tiempo cuántica al descubrir qué tecnología finalmente triunfará en el futuro!

Ref: arxiv.org/abs/1804.05979 : Quantum Blockchain usando entrelazamiento en el tiempo

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