Blind Quantum Computing (3)

Llegados a este punto del artículo, tras lo que se ha tratado en la primera y segunda parte de este artículo, Blind Quantum Computing puede parecer la solución ideal para proteger la privacidad en los servicios de computación cuántica en la nube. Si un servidor puede ejecutar una computación sin conocer realmente qué está calculando, resulta natural preguntarse por qué esta tecnología no forma parte todavía de las plataformas comerciales de QCaaS.

Figura 17: Blind Quantum Computing (3)

En esta parte vamos a centrarnos justo en eso, en los problemas y limitaciones a los que se enfrentan las tecnologías de Blind Quantum Computing.

9.- Limitaciones actuales: por qué BQC aún no es una solución industrial

La respuesta es sencilla: 

BQC es una idea extraordinariamente potente desde el punto de vista teórico, pero enormemente exigente desde el punto de vista práctico. 

A diferencia de tecnologías como TLS, PQC o los Trusted Execution Environments (TEE), que pueden desplegarse sobre infraestructuras ya existentes, los protocolos BQC introducen requisitos adicionales que todavía resultan difíciles de satisfacer en entornos comerciales a gran escala.

El coste de ocultar la computación

Uno de los principales desafíos es que la privacidad no es gratuita. Para impedir que el servidor reconstruya el algoritmo, los protocolos BQC necesitan introducir información adicional, intercambiar mensajes entre cliente y servidor y ejecutar operaciones de corrección o verificación que no existirían en una computación cuántica convencional. Como consecuencia, el coste total de la ejecución suele aumentar en términos de:

• Comunicación entre cliente y servidor.
• Número de operaciones necesarias.
• Tiempo de ejecución.
• Complejidad del protocolo.

En otras palabras, cuanto mayor es el nivel de privacidad perseguido, mayor suele ser el sobrecoste asociado.

El cliente no siempre es completamente clásico

Otro aspecto relevante es que muchos protocolos BQC asumen que el cliente dispone de ciertas capacidades cuánticas mínimas. Aunque estas capacidades son muy inferiores a las del servidor, siguen representando una barrera práctica importante. En numerosos escenarios empresariales resulta mucho más sencillo asumir que el cliente dispone únicamente de recursos clásicos y delega toda la computación en el proveedor.

Figura 18: Quatum Security: Tecnología Cuántica & Ciberseguridad.

Criptográfica Cuántica y Post-Cuántica. 

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Javier Álvarez, Mario Piattini, Iker Pastor, Pablo García Bringas

Precisamente por este motivo han aparecido variantes como Double-Server BQC, o nuevas líneas de investigación orientadas a reducir progresivamente las capacidades cuánticas necesarias en el extremo del cliente.

La realidad de la era NISQ

A estas dificultades se añade una limitación fundamental: 

El hardware cuántico actual sigue siendo imperfecto.

La mayoría de las plataformas comerciales operan todavía en la denominada era NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum), caracterizada por la presencia de ruido, errores y limitaciones en el número de qubits utilizables.

Muchos protocolos BQC fueron diseñados inicialmente desde una perspectiva teórica, asumiendo condiciones que todavía resultan difíciles de reproducir de manera eficiente en dispositivos reales. Esto obliga a adaptar continuamente las propuestas a las restricciones impuestas por el hardware disponible.

Escalabilidad y despliegue industrial

Las plataformas QCaaS actuales deben prestar servicio a múltiples usuarios, optimizar recursos y mantener una operación estable y económicamente sostenible. En este contexto, la prioridad inmediata suele centrarse en mejorar aspectos como:

• La fidelidad de los qubits.
• La corrección de errores.
• La escalabilidad del hardware.
• La interoperabilidad con infraestructuras cloud existentes.

Frente a estos desafíos, BQC continúa siendo principalmente una línea de investigación especializada cuyo objetivo es explorar hasta dónde puede llegar la privacidad en la computación cuántica delegada.

Una tecnología adelantada a su tiempo

Esta situación no debe interpretarse como una debilidad de BQC. De hecho, muchas tecnologías que hoy consideramos esenciales comenzaron como propuestas teóricas aparentemente difíciles de implementar. La propia criptografía de clave pública es un buen ejemplo de ello.

En cierto modo, Blind Quantum Computing está recorriendo un camino similar. Actualmente no compite con PQC o TEE como solución industrial inmediata, sino que actúa como un laboratorio conceptual donde se exploran los límites de la privacidad en computación cuántica. Por eso, la pregunta relevante no es si BQC sustituirá mañana a las soluciones actuales, sino si algunas de sus ideas terminarán integrándose en las futuras infraestructuras de computación cuántica.

Figura 19: Foro Público de Quantum Security de

la Universidad de Deusto en MyPublicInbox

Y para responder a esa cuestión resulta inevitable mirar hacia los escenarios que ya comienzan a perfilarse en el horizonte de la investigación cuántica, como son el Internet Cuántico y la Computación Cuántica Distribuida, donde privacidad, delegación segura y colaboración entre múltiples nodos podrían convertirse en requisitos tan importantes como la propia capacidad de cálculo.

10. ¿Qué papel podría tener BQC en el futuro Internet y Computación Cuántica Distribuida?

Hasta ahora hemos analizado Blind Quantum Computing desde la perspectiva de los servicios actuales de computación cuántica en la nube. Sin embargo, una parte importante del interés que despierta esta línea de investigación no está relacionada únicamente con el presente, sino con los escenarios que podrían surgir a medida que la tecnología cuántica continúe evolucionando. Entre ellos destaca uno especialmente ambicioso:

El desarrollo de un Internet Cuántico.

Aunque todavía se encuentra en una fase temprana de desarrollo, la idea general consiste en interconectar procesadores, memorias y dispositivos cuánticos mediante redes capaces de distribuir estados cuánticos y recursos de entrelazamiento entre múltiples nodos. Si esta visión llega a materializarse, el modelo actual de un usuario conectándose a un único proveedor de QCaaS podría evolucionar hacia entornos mucho más complejos, donde múltiples dispositivos y servicios cuánticos colaboren para resolver problemas de forma distribuida.

En ese contexto aparece otro concepto cada vez más relevante, como es la

Computación Cuántica Distribuida, 

cuyo objetivo es permitir que varios procesadores cuánticos, potencialmente ubicados en lugares distintos, cooperen para ejecutar una misma computación. Este enfoque podría convertirse en una alternativa al desarrollo de procesadores monolíticos cada vez más grandes, permitiendo combinar recursos cuánticos distribuidos a través de futuras redes cuánticas.

De la Computación Delegada a la Computación Distribuida

En un escenario de computación cuántica distribuida, la privacidad dejaría de ser únicamente un problema entre cliente y proveedor. Podrían intervenir múltiples actores:

• Diferentes nodos cuánticos.
• Servicios cuánticos especializados.
• Centros de procesamiento distribuidos.
• Usuarios colaborando en una misma computación.

La pregunta pasaría entonces de ser:

¿Cómo protejo una computación frente a un único proveedor?

a convertirse en:

¿Cómo protejo una computación cuando participa una red completa de sistemas cuánticos?

Es precisamente aquí donde muchas de las ideas desarrolladas en BQC comienzan a resultar especialmente interesantes. Protocolos como MC-BQC (Multi-Client Blind Quantum Computing) o algunas variantes basadas en Teleportación Cuántica ya exploran escenarios donde varias entidades participan en una computación manteniendo la privacidad de su información.

Figura 20: MC-BQC (Multi-Client Blind Quantum Computing)

Desde esta perspectiva, BQC deja de ser únicamente un mecanismo para proteger la privacidad frente a un proveedor de QCaaS. También podría convertirse en una pieza relevante para permitir colaboración segura entre múltiples nodos cuánticos, usuarios y servicios distribuidos dentro de una futura infraestructura cuántica global.

QKD protege las comunicaciones, BQC podría proteger la computación

Una forma sencilla de entender el posible papel de BQC es compararlo con una tecnología mucho más conocida: 

Quantum Key Distribution (QKD).

QKD se centra en proteger la distribución de claves y la confidencialidad de las comunicaciones. BQC persigue un objetivo diferente:

• QKD: protege los datos mientras se transmiten.
• BQC: protege la computación mientras se ejecuta.

Por este motivo, algunas visiones del futuro Internet Cuántico contemplan ambas tecnologías como piezas complementarias y no como alternativas. Puede resumirse de forma muy simple:

QKD + BQC = confidencialidad de las comunicaciones + confidencialidad de la computación. 

Naturalmente, este escenario todavía está lejos de convertirse en una realidad operativa, pero ilustra bien por qué BQC despierta tanto interés desde el punto de vista académico y de la investigación en seguridad.

Un posible paralelismo con la evolución de Internet

Existe además un paralelismo interesante con la evolución de Internet. Durante los primeros años de Internet, la principal preocupación era conseguir que los sistemas pudieran comunicarse entre sí. Con el tiempo aparecieron nuevos requisitos:

• Confidencialidad.
• Autenticación.
• Integridad.
• Privacidad.

Hoy resulta difícil imaginar Internet sin protocolos como TLS o sin mecanismos criptográficos ampliamente desplegados. Quizás algo similar ocurra en el ámbito cuántico.

Actualmente gran parte del esfuerzo se concentra en construir hardware más estable, aumentar el número de qubits lógicos y mejorar la corrección de errores. Sin embargo, a medida que estas barreras técnicas vayan superándose, las cuestiones relacionadas con la privacidad, la delegación segura y la confianza entre nodos podrían adquirir una relevancia cada vez mayor.

Mirando más allá del presente

Es imposible saber hoy qué protocolos concretos terminarán imponiéndose o si las formas actuales de BQC serán las que lleguen a utilizarse en sistemas reales. Lo que sí parece claro es que la pregunta que dio origen a Blind Quantum Computing seguirá siendo relevante:

¿Podemos utilizar recursos cuánticos remotos sin revelar completamente qué estamos calculando?

Responder a esa pregunta es, precisamente, lo que convierte a BQC en algo más que una curiosidad académica. Tal vez no sea todavía una tecnología preparada para el despliegue masivo, pero sí representa una de las ideas más interesantes que han surgido en la intersección entre computación cuántica, criptografía y privacidad.

Y quizás por eso, más que una solución para los servicios QCaaS actuales, Blind Quantum Computing deba entenderse como una referencia que nos permite explorar cuál podría ser el límite criptográfico de privacidad en la futura computación cuántica delegada, distribuida e interconectada.

Un saludo,

Autor: José Antonio Castellano Prado, Alumno del Curso de Quantum Security de la Universidad de Deusto

Contactar con José Antonio Castellano Prado

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