How a quantum computer works and the risk it represents for cryptocurrencies [ENG/SPA]

Quantum computing is not a new topic, in fact, it has been worked on theoretically for more than 40 years, but thanks to technological advances it has been possible to move from theory to the tangible. Technology giants such as Google, IBM, Microsoft and Alibaba Cloud have been able to build a quantum computer, and are currently in the race alongside companies such as Facebook, SpaceX and Amazon to develop the first commercial quantum computer.

La computación cuántica no es un tema nuevo, de hecho, se viene trabajando teóricamente desde hace más de 40 años, pero gracias a los avances tecnológicos es que ha sido posible pasar de la teoría a lo tangible. Gigantes de la tecnología como Google, IBM, Microsoft y Alibaba Cloud han sido capaces de construir un computador cuántico, y actualmente se encuentran en la carrera junto a empresas como Facebook, SpaceX y Amazon por desarrollar el primer computador cuántico comercial.

_{IBM Quantum System One}

However, this is old news, the new and more recent news, which has caused concern and great commotion in the scientific community, is that a quantum computer has the ability to compromise all security systems that are connected to the Internet, including the blockchian and its unbreakable cryptographic technology. To understand how this is possible, I will share some details of the quantum computer that make it so threatening to the digital world as we know it.

But what makes quantum computers so special? Their computational capacity is unimaginable, and the day they are connected to the network, they will change everything completely, and whoever possesses this technology will be the true superpower that controls the world. I know it sounds like a James Bond movie, it seems like fiction, but it is a reality that goes beyond who has all the oil, gold or any natural wealth, even fresh water that is so scarce and precious, because we currently live in the digital age and super connectivity, it is what we consume more, and human beings increasingly want to overcome the barriers that keep them away from great mysteries that can be solved with this powerful tool.

Perhaps someone reading me may conclude that I am being very exaggerated, that these technologies are many years away from being developed, but time will prove right those who understand the reality of the situation, because there are already dates set for commercial launches, as in the case of Google, which proposes to put on sale its quantum computers by the end of 2029, and it is not surprising, nor to think that it will be unattainable, the same thing we said about 3D printers 20 years ago, and today anyone can buy one.

Sin embargo, esto es noticia vieja, lo nuevo y más reciente, que ha causado preocupación y gran revuelo en la comunidad científica, es que un computador cuántico tiene la capacidad de poner en riesgo todos los sistemas de seguridad que este conectados a la red de Internet, incluyendo la blockchian y su inquebrantable tecnología criptográfica. Para entender como eso es posible, compartiré algunos detalles del computador cuántico que lo hacen tan amenazante a el mundo digital que conocemos.
¿Pero que hace tan especial a los computadores cuánticos? Su capacidad de cómputo es inimaginable, y el día en que sean conectados a la red, cambiaran todo por completo, y quien posea esta tecnología, será la verdadera super potencia que controle el mundo. Se que suena a película de James Bond, parece ficción, pero es una realidad que va más allá de quien tenga todo el petróleo, el oro o cualquier riqueza natural, incluso el agua dulce que es tan escasa y preciada, porque actualmente vivimos en la era digital y de la super conectividad, es lo que más consumimos, y los seres humanos quieren cada vez más superar las barreras que los apartan de grandes misterios que pueden ser resueltos con esta poderosa herramienta.
Quizás alguno que me lea pueda concluir que estoy siendo muy exagerado, que estas tecnologías están a muchos años de ser desarrolladas, pero el tiempo dará la razón a quienes entendamos la realidad de la situación, porque ya hay fechas establecidas para lanzamientos comerciales, como el caso de Google, que plantea para finales del 2029 colocar a la venta sus computadores cuánticos, y no es de sorprenderse, ni de pensar que será inalcanzable, lo mismo decíamos de las impresoras 3D hace 20 años, y hoy en día cualquiera puede comprar una.

Characteristics of a quantum computer

What is known so far, is that a quantum computer works with small particles inside, specifically atoms of various chemical compounds such as beryllium ion, but requires that these small particles inside remain immobile, in order to achieve the superposition, the only way it is possible is that the temperatures inside are very low about 15 millikelvin or its equivalent of minus 270 Celsius below zero, colder than outer space. The objective of such low temperatures is to create a vacuum inside and that the atoms stop their movement, additionally aims to eliminate any trace of light, because to operate in optimal conditions can not be inside or a single photon.

Lo que se conoce hasta ahora, es que un computador cuántico trabaja con pequeñas partículas en su interior, específicamente atamos de diversos compuestos químicos como por ejemplo los de ion de berilio, pero requiere que estas pequeñas partículas en su interior permanezcan inmóviles, con el objeto de lograr la superposición, la única manera de que sea posible es que las temperaturas en su interior sean muy bajas de unos 15 millikelvin o su equivalente de menos 270 Celsius bajo cero, más frio que el espacio exterior. El objetivo de tan bajas temperaturas es que se cree un vacío en su interior y que los átomos detengan su movimiento, adicionalmente pretende eliminar cualquier rastro de luz, porque para que opere en condiciones optimas no pueden estar en su interior ni un solo fotón.

_{Eagle 127-Qubit IBM Quantum Processor}

The main characteristic of the quantum computer is that it operates with qubits or quantum bit, in other words, in a two-level system of matter. It is said that the fastest quantum processor in the world today has been developed by IBM, its name is Eagle with a power of 127qbits, far surpassing the Zu Chongzhi processor developed by the National Laboratory of Physical Sciences of China with its 62 qbits, however, it is estimated that by the end of 2023 processors of more than one thousand qubits will be the standard measure that will open the way to commercial quantum computers.

La principal característica del computador cuántico es que opera con qubits o quantum bit, en otras palabras, en un sistema de dos niveles de la materia. Se dice que el procesador cuántico más rápido del mundo en la actualidad ha sido desarrollado por IBM, su nombre es Eagle con una potencia de 127qbits, superando por mucho al procesador Zu Chongzhi desarrollado por el Laboratorio Nacional de Ciencias Físicas de China con sus 62 qbits, sin embargo, se estima que para finales del 2023 los procesadores de más de mil qubits, sea la medida estándar que abrirá paso a los computadores cuánticos comerciales.

How it works

A computer with current technology performs data processing in binary form, that is, the classic bit, which can be in two states: 0 and 1. The greater its computing capacity, the greater the capacity of a traditional computer to read combinations of 0 and 1 to process and develop information. On the other hand, a quantum computer operates under the principle of the superposition of 0 and 1, managing to process a binary series at the same time, i.e., its calculations are not in bits, but in qubits. Next, I will share a couple of examples that helped me to understand how qubits work in a quantum computer:

• In a conventional computer, for example, it could process the following 3 bits: 010 or 011, but it could not process both at the same time.
• A 3-qubit quantum computer is able to process all possible combinations of three 0's and 1's at the same time.

Un computador con la tecnología actual, realiza procesamiento de datos en forma binaria, es decir, el clásico bit, que puede estar en dos estados: 0 y 1. Entre mayor capacidad de computo posea, mayor capacidad tendrá un computador tradicional de leer combinaciones de 0 y 1 para procesar y desarrollar información. En cambio, un ordenador cuántico opera bajo el principio de la superposición de los 0 y 1 logrando procesar una serie binaria al mismo tiempo, es decir, sus cálculos no son en bits, son en qubits. A continuación, compartiré un par de ejemplos que me ayudaron a entender cómo funcionan los qubits en un computador cuántico:
1- En un computador convencional, por ejemplo, podría procesar los siguientes 3 bit: 010 o 011, pero no podría procesar ambos al mismo tiempo.
2- Un computador cuántico de 3 qubits es capaz de procesar todas las posibles combinaciones de tres 0 y 1 al mismo tiempo.

All this has its scientific basis, its origin comes from the Schrödinger's cat experiment, that perhaps some of you remember from college, the hypothesis that a cat can be alive or dead until it interacts with the external world, this hypothesis is quite complex, It even points out that both the living and the dead cat exist in different universes, and although this part of the hypothesis has not been proven, by the time the hypothesis was proposed, it was never thought that there could be a machine capable of superimposing matter, and a quantum computer has done it with atoms.

Todo esto tiene su base científica, su origen proviene del experimento del gato de Schrödinger, que quizás alguno recuerde de la universidad, la hipotesis de que un gato puede estar vivo o muerto hasta que interactúa con el mundo externo, esta hipotesis es bastante compleja, incluso señala que tanto el gato vivo como el muerto existen en universos diferentes, y aunque ese parte de la hipotesis no ha podido ser comprobada, para el momento en que se planteó la hipotesis, jamás se pensó que podría existir la maquina capas de superponer la materia, y un computador cuántico lo ha hecho con átomos.

_{Schrödinger's cat}

What is the risk for cryptocurrencies?

So is it possible that quantum computers in their current state could be able to crack and overcome the security of the Internet? The answer is that it is highly possible, because the cryptography used on the Internet to develop security is based on an algorithm that quantum computers are already capable of running, known as Shor.

With this algorithm it is possible to decompose into factors a number N as a function of space-time, that is, the more qbits a computer has, the more risk our passwords of 50 or more alphanumeric digits run, and what seemed impossible in the blockchain to hack the chain, copying the information that has been deposited in each transaction of each block of the chain to the genesis, with a computer of these will be child's play. This is why the alarms go off and in 2017 the standardization of post-quantum cryptography begins, here I leave the link in case you are interested in knowing the progress of the proposals that seek to standardize the future cryptography.

https://csrc.nist.gov/Projects/Post-Quantum-Cryptography/Post-Quantum-Cryptography-Standardization

Entonces ¿es posible que los ordenadores cuánticos en el estado en que se encuentra en la actualidad puedan ser capaces de descifrar y superar la seguridad de internet? La respuesta es que es altamente posible, porque la criptografía que se utiliza en internet para desarrollar la seguridad, esta basado en un algoritmo que los ordenadores cuánticos ya son capaces de correr, se conoce como Shor.
Con este algoritmo es posible descomponer en factores un numero N en función del espacio tiempo, es decir, que entre más qbits un computador posea, más riesgo corren nuestras contraseñas de 50 o más dígitos alfanuméricos, y lo que parecía imposible en la blockchain de hackear la cadena, copiando la información que a sido depositada en cada transacción de cada bloque de la cadena hasta el génesis, con un computador de estos será cosa de niños. Es por esto que de encienden las alarmas y en el 2017 se inicia la estandarización de la criptografía post-cuántica, acá dejo el enlace por si les interesa conocer los avances de las propuestas que buscan estandarizar la futura criptografía.