Google Quantum AI ha demostrado una técnica llamada «cultivo de estados mágicos» en su procesador Willow, y ha informado de una reducción de 40 veces en las tasas de error frente a los estados no cultivados, así como de una fidelidad lógica del 99,99 % para los estados T. El resultado aborda una de las partes más costosas de la computación cuántica tolerante a fallos: producir los recursos cuánticos de alta calidad necesarios para ejecutar algoritmos útiles de forma fiable.
El experimento no significa que haya llegado una máquina capaz de romper las firmas de criptomonedas o el cifrado moderno de internet. Los investigadores de Google afirmaron que serán necesarias demostraciones de mayor escala antes de que el cultivo pueda utilizarse en un ordenador cuántico tolerante a fallos práctico. Aun así, el resultado de Willow aporta respaldo experimental a un método de ahorro de recursos que anteriormente se había evaluado principalmente mediante teoría y simulación.
La prueba de Willow aborda un importante cuello de botella de la computación
Los estados mágicos son estados cuánticos preparados especialmente que permiten realizar operaciones más allá del conjunto limitado que puede ejecutarse de forma eficiente en muchos sistemas cuánticos con corrección de errores. Están especialmente asociados a las puertas T, una clase de operación cuántica necesaria para la computación cuántica universal.
Durante mucho tiempo se ha previsto que crear esos estados con un error suficientemente bajo consumiría una gran parte de los cúbits físicos y del tiempo de funcionamiento de una máquina tolerante a fallos. Google Quantum AI afirmó que algunas estimaciones de recursos han asignado hasta el 95 % de la capacidad de un ordenador cuántico a la producción de estados mágicos, dejando comparativamente poco hardware disponible para el algoritmo que el usuario realmente desea ejecutar.
El cultivo de estados mágicos pretende reducir esa carga mediante un proceso de filtrado. En lugar de producir inmediatamente un estado totalmente protegido en un código cuántico grande, el método comienza inyectando un estado más ruidoso en una sección más pequeña del procesador. A continuación, unas mediciones coordinadas comprueban si el estado contiene errores. Los intentos fallidos se descartan, mientras que los que tienen éxito se convierten en una codificación más grande y resistente.
Este enfoque se parece al control de calidad en una línea de producción: se emplean recursos en identificar pronto los resultados defectuosos, antes de que entren en las etapas de procesamiento, mucho más costosas. La contrapartida es que hay que rechazar algunos intentos, pero una ejecución satisfactoria puede requerir muchos menos recursos que los métodos convencionales para crear un estado mágico con una fiabilidad similar.
Los investigadores de Google Craig Gidney, Noah Shutty y Cody Jones comenzaron a desarrollar el enfoque de cultivo en 2024. Su trabajo propuso que un código cuántico pequeño y cuidadosamente gestionado podría producir un estado más limpio antes de ampliarlo al código de corrección de errores de mayor tamaño necesario para un procesador tolerante a fallos.
Google afirmó que eran necesarios cambios de hardware e ingeniería para convertir el concepto en una demostración basada en Willow. La fidelidad lógica del 99,99 % comunicada significa que el estado T producido coincidió con su estado cuántico previsto, con una tasa de error lógico medida muy baja. En la computación cuántica tolerante a fallos, la fidelidad lógica importa más que el rendimiento de cualquier cúbit físico individual, porque las máquinas útiles deben suprimir los errores en muchos componentes que trabajan conjuntamente.
Una mejor estimación de recursos, no una cuenta atrás para el Q-day
El desarrollo afecta más directamente a la economía de construir ordenadores cuánticos grandes que al riesgo criptográfico a corto plazo. Si los estados mágicos pueden producirse con menos cúbits y menos rondas de corrección de errores, los investigadores podrían reducir el tamaño de las máquinas necesarias para determinadas cargas de trabajo tolerantes a fallos.
Eso podría mejorar la planificación de los equipos de hardware cuántico, pero no demuestra que las piezas restantes de un ordenador cuántico relevante para la criptografía estén listas. Una máquina capaz de atacar sistemas de clave pública ampliamente desplegados tendría que combinar cúbits lógicos fiables, circuitos profundos con corrección de errores, una escala computacional enorme y un funcionamiento sostenido. El experimento de cultivo de Google aborda un componente exigente de ese conjunto.
Nic Carter, cofundador de Castle Island Ventures, ha relacionado las proyecciones de una computación cuántica más rápida en parte con los avances en corrección de errores asistidos por IA, aunque afirmó que no existe una amenaza inminente para los sistemas criptográficos. Alex Pruden, director ejecutivo de la empresa de seguridad cuántica Project Eleven, ha sostenido que el resultado de Google no necesariamente adelanta las estimaciones para el «Q-day» —el momento en que los ordenadores cuánticos podrían romper la criptografía de clave pública actualmente desplegada—, porque el cultivo ya estaba incluido en las estimaciones de recursos anteriores. Desde esa perspectiva, el experimento hace que esas suposiciones resulten más creíbles, en lugar de cambiar abruptamente el calendario.
Los plazos siguen siendo inciertos. Google dijo anteriormente que tenía como objetivo migrar sus propios sistemas a la criptografía poscuántica para 2029. Algunas previsiones del sector han situado las posibles capacidades cuánticas relevantes desde el punto de vista criptográfico ya en 2028, aunque esas fechas son proyecciones y no hitos técnicos que se hayan alcanzado.
La exposición de las criptomonedas se centra en las firmas
En las redes de criptomonedas, el principal problema a largo plazo son las firmas digitales. Bitcoin, Ethereum y muchas otras redes utilizan criptografía de curva elíptica para demostrar que una transacción fue autorizada por el titular de una clave privada. En teoría, un ordenador cuántico tolerante a fallos y suficientemente potente podría utilizar el algoritmo de Shor para derivar una clave privada a partir de la clave pública correspondiente de forma mucho más eficiente que un ordenador convencional.
Ese riesgo es distinto de un intento de fuerza bruta para «adivinar» claves privadas. La tasa de hash de Bitcoin, que suele medirse en exahashes o zettahashes por segundo, refleja el trabajo computacional dedicado a la minería y a proteger la producción de bloques conforme a sus reglas de prueba de trabajo. No protege directamente los esquemas de firma frente a un futuro ataque cuántico basado en un atajo matemático.
La exposición práctica también variaría según el tipo de dirección y el historial de transacciones. En Bitcoin, las claves públicas suelen revelarse cuando se gastan fondos desde muchos formatos de dirección habituales. Las monedas almacenadas en direcciones cuyas claves públicas nunca se hayan expuesto podrían presentar un perfil de riesgo diferente hasta que se muevan. Cualquier plan de migración tendría que tener en cuenta esas diferencias técnicas, así como la posibilidad de que haya fondos inactivos o inaccesibles.
Una transición resistente a la computación cuántica requeriría desarrollar el protocolo, ofrecer compatibilidad con los monederos, realizar pruebas, coordinar a los usuarios y establecer un método para trasladar los fondos a nuevos esquemas de firma. Los cambios importantes de las reglas podrían requerir un soft fork, un hard fork u otro tipo de acuerdo a nivel de red, según su diseño. El almacenamiento en frío protege las claves privadas frente a muchas amenazas convencionales en línea, pero no convierte por sí solo una firma criptográfica vulnerable en una resistente a la computación cuántica.
Los estándares ofrecen una base para la migración
Las herramientas defensivas empiezan a adoptar una forma más formal. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. finalizó sus primeros estándares de criptografía poscuántica en 2024: FIPS 203 para el mecanismo de encapsulación de claves ML-KEM, FIPS 204 para las firmas digitales ML-DSA y FIPS 205 para las firmas basadas en hash SLH-DSA.
Esos estándares proporcionan algoritmos aprobados para las organizaciones que sustituyen sistemas vulnerables de clave pública en ámbitos como las comunicaciones seguras, la autenticación de software y la infraestructura financiera. No resuelven automáticamente las decisiones de diseño a las que se enfrentan las redes descentralizadas, que deben sopesar el tamaño de las transacciones, los costes de verificación, la compatibilidad, la agregación de firmas y la gobernanza del consenso.
Por tanto, la demostración Willow de Google ejerce más presión sobre la planificación de la migración a largo plazo que sobre las alarmas inmediatas del mercado. El cultivo de estados mágicos ha reducido una sobrecarga técnica significativa en la hoja de ruta de la computación cuántica tolerante a fallos, mientras que la distancia entre un resultado de laboratorio y una máquina capaz de amenazar la criptografía implementada sigue siendo considerable.
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