¿DINERO CUÁNTICO?

Francesco Cappello

Las características de una moneda ideal, ya sea real o virtual, se pueden resumir en que no debe ser falsificable (*) ni alterable (por ejemplo incrementando su valor). No debería poder gastarse varias veces, debería garantizar el anonimato del intercambio.

Las monedas cuánticas pretenden ser el análogo digital de las monedas físicas, todas idénticas e intercambiables sin seguimiento .

Los billetes cuánticos son únicos y rastreables gracias a sus números de serie, mientras que las monedas son todas idénticas y anónimas.

Esta distinción conduce a diferentes enfoques para su verificación e implementación con monedas de clave pública [1]. Estos últimos plantean desafíos adicionales y aún no se han implementado concretamente. En particular, el dinero anticolisión, del que hablaremos más adelante, es un tipo de billete que utiliza números de serie únicos como garantía de seguridad.

La idea original del dinero cuántico fue propuesta en 1982 por Stephen Wiesner, un físico teórico, en un artículo titulado Codificación Conjugada .

Imaginemos una forma de moneda digital completamente diferente a la que estamos acostumbrados. En lugar de estar hecha de simples bits (unidades elementales clásicas de información) como los que usan los ordenadores, que pueden ser 0 o 1, (encendido o apagado, verdadero o falso, etc.) esta moneda está construida con bits cuánticos, qubits [2] que se basan en los principios, fuera de nuestra experiencia común, de la mecánica cuántica, que describe el comportamiento físico de la naturaleza a nivel atómico. Una de sus particularidades es que un qubit puede estar en una especie de superposición, un poco como una moneda lanzada al aire que no es ni cara ni cruz, sino un poco de ambas a la vez. La moneda está en un estado suspendido de posibilidad, aún no es cara ni cruz…

Cada moneda cuántica contiene un conjunto de estados cuánticos generados aleatoriamente, que no se pueden copiar ni clonar debido al teorema de no clonación de la física cuántica. En la práctica, ningún procedimiento físico puede tomar un estado cuántico desconocido y producir dos copias del mismo. Esto hace que la moneda sea inalterable, evitando la duplicación y la trazabilidad. Cada moneda es única y verificable por su emisor original.

Una característica fundamental de los qubits es, de hecho, que no pueden ser clonados. Es imposible falsificar o clonar una moneda cuántica debido a las leyes fundamentales de la física. Si intentas copiar un qubit, sucede algo extraño, un poco como intentar copiar una moneda que gira y se detiene. Al mostrar ahora uno de los lados al azar, se destruiría el estado de superposición en el que se encontraba antes (proceso de medición/observación). Esta propiedad de inclonabilidad es la piedra angular de todo el concepto de dinero cuántico.

El teorema de no clonación es un principio fundamental de la mecánica cuántica que establece que es imposible crear una copia idéntica de un estado cuántico (qubit). En otras palabras, no podemos hacer una fotocopia perfecta de un qubit.

Imaginemos que tenemos una moneda mágica que puede salir cara y cruz al mismo tiempo. Si intentamos hacer una copia exacta de esta moneda sin saber de antemano cómo está configurada exactamente, el resultado final será una moneda que no representa correctamente la combinación de cara y cruz del original.

Se trata, por tanto, de una propiedad crucial para la seguridad de la comunicación cuántica. Esto significa que los datos cuánticos no pueden ser interceptados y copiados sin alterar su estado, lo que hace que la comunicación cuántica sea extremadamente segura contra escuchas clandestinas.

El principal problema del dinero digital clásico, el que utilizamos todos los días, es que es fácil de copiar. Si tienes un archivo que representa 10 euros, podrías considerar hacer una copia de seguridad del mismo y gastarlo varias veces, creando cantidades infinitas de dinero. La moneda cuántica eliminaría este problema explotando la imposibilidad de clonar los qubits.

Así es como funcionaría con los billetes: una “casa de la moneda” especial, con un profundo conocimiento de las leyes de la mecánica cuántica, crea billetes digitales. Cada billete no es más que una serie de qubits con una combinación particular de superposiciones. Es un poco como si cada billete estuviera compuesto de muchas pequeñas monedas especiales que circulan con un patrón secreto, diferente al de los demás billetes.

Cada billete cuántico sería así único e irrepetible (la unicidad de los estados cuánticos lo hace único y fácilmente verificable), y los qubits que lo componen están grabados con un “número de serie” cuántico y un algoritmo que puede verificarlos. Una vez creado el billete, se puede transferir digitalmente, un poco como un archivo, sin que nadie pueda copiarlo. Esto es gracias a la propiedad de inclonabilidad que hemos visto. De hecho, el teorema de no clonación permite protocolos criptográficos que superan las capacidades de las computadoras clásicas. Utilizando un canal cuántico y un canal clásico autenticado (público), dos partes pueden comunicarse de forma privada.

Cuando quieres gastar tu dinero cuántico, entra en juego un “verificador”. Esta herramienta utiliza procesos que utilizan la mecánica cuántica para comprobar si el billete tiene las características adecuadas y el número de serie correcto. Si alguien intentara falsificar un billete copiando los qubits, el intento fracasaría porque la copia destruiría la información cuántica original y el billete falso no pasaría la verificación. En resumen: cada billete contiene n qubits, preparados secretamente en uno de cuatro estados posibles. En una base de datos gigante, el banco recuerda cómo preparó cada qubit en cada billete. Cuando alguien quiere consultar un billete, “lo lleva al banco”. El banco utiliza su conocimiento para medir cada qubit en la base correcta para verificar su autenticidad.

En la primera, que llamamos clave privada (2), el verificador es la misma Casa de la Moneda que creó el billete. Cuando un comerciante lo recibe, lo envía a la Casa de la Moneda para su verificación. En este tipo de esquema, nadie excepto la Casa de la Moneda sabe cómo verificar el dinero. Llamamos a esto dinero cuántico de clave privada porque la clave, es decir, la información necesaria para verificar su autenticidad, está confiada a la Casa de la Moneda. Es un poco como las tarjetas de crédito, donde siempre se requiere autorización del banco.

En el esquema de Wiesner (Private Key Quantum Money) la Casa de la Moneda genera un billete cuántico compuesto por n qubits, cada uno preparado en un estado aleatorio elegido entre {|Sz = +1⟩, |Sz = -1⟩, |Sx = +1 ⟩, |Sx = -1⟩}. A esta secuencia de estados cuánticos se le asigna un número de serie clásico. La verificación es responsabilidad de la Casa de la Moneda, que mantiene un registro que asocia cada número de serie con el estado cuántico correspondiente. Para verificar la autenticidad de un billete, el comerciante debe enviarlo a la Casa de la Moneda, que compara el estado recibido con el estado registrado. Su seguridad se basa en el teorema de no clonación: un falsificador no puede copiar el estado cuántico sin conocer la base en la que se prepararon los qubits.

Por otro lado, el dinero cuántico de clave pública (2) es diferente porque cualquiera puede verificar su autenticidad sin necesidad de una casa de moneda. Es como dinero en efectivo, que podemos utilizar en cualquier lugar sin intervención de terceros. Este tipo es más difícil de crear, pero, en cierto modo, más deseable.

En el caso del dinero libre de colisiones, cada unidad de dinero es distinguible y no duplicable, lo que garantiza que no haya colisiones de números de serie y, por tanto, que cada billete sea único. Esta propiedad es fundamental para la seguridad y credibilidad del dinero cuántico, y es por eso que el término “libre de colisiones” se refiere a la unicidad de los números de serie de los billetes. La propiedad “libre de colisiones” no es sólo una cuestión de identificación. Si cada billete es único e irrepetible, se evita que cualquier persona, incluida la Casa de la Moneda, cree copias no autorizadas o billetes adicionales, lo que provocaría inflación/devaluación y una pérdida de confianza en el sistema. La lista pública, de hecho, permite verificar que la Casa de la Moneda no ha producido más billetes que los declarados, evitando así la manipulación de la oferta monetaria con el fin de controlar la oferta monetaria .

El dinero cuántico basado en nodos es una implementación específica del concepto de dinero libre de colisiones [3]. Este esquema se considera seguro porque la teoría de nudos presenta problemas que no tienen soluciones prácticas conocidas. Es el único esquema publicado para moneda cuántica de clave pública que no ha demostrado ser inseguro.

Como hemos visto, la principal distinción entre las monedas cuánticas y los billetes radica en su identidad y trazabilidad. Los billetes cuánticos son únicos y rastreables, mientras que las monedas cuánticas son idénticas y anónimas. La singularidad de los billetes cuánticos radica en el hecho de que cada uno de ellos se distingue de los demás. Esta unicidad está garantizada mediante la asignación de un número de serie único a cada billete. Su trazabilidad se consigue gracias al número de serie, los billetes cuánticos pueden ser, al menos en teoría, rastreados e identificados. Esta trazabilidad puede ser útil para verificar que un billete fue realmente emitido por la Casa de la Moneda. La verificación de un billete cuántico puede requerir comunicación con la Casa de la Moneda (como en el esquema de Wiesner) o puede ocurrir de manera autónoma sin involucrar a la Casa de la Moneda (como en los esquemas de clave pública, como los libres de colisiones).

Muchos billetes cuánticos están diseñados según el modelo “libre de colisiones”, lo que significa que no pueden existir dos billetes con el mismo número de serie, ni siquiera por parte de la Casa de la Moneda. Este mecanismo evita la falsificación y garantiza la integridad del sistema monetario.

Las monedas cuánticas son todas idénticas entre sí, sin distinciones individuales ni números de serie. Esta característica las hace anónimas, ya que no es posible distinguir una moneda de otra. La falta de un número de serie y de identidad entre todas las monedas cuánticas garantiza el anonimato de las transacciones, similar a las monedas físicas. Debido a la falta de números de serie, la verificación de una moneda cuántica se produce mediante procesos diferentes a los de los billetes. Estos procesos pueden incluir la comunicación con el banco o cálculos cuánticos ofuscados (un protocolo de computación cuántica en el que un usuario (el “cliente”) realiza un cálculo cuántico con la ayuda de un servidor, sin revelar al servidor la naturaleza del cálculo en sí). En otras palabras, el servidor realiza cálculos para el cliente, pero no es capaz de entender qué cálculos está realizando. Por tanto, se trata de una técnica que permite realizar cálculos cuánticos de forma segura, garantizando que el servidor que realiza los cálculos no No se da cuenta de los detalles específicos del cálculo en sí. En el contexto de las monedas cuánticas, esta técnica se utilizaría para implementar sistemas de verificación de clave privada en los que el vendedor no obtiene información sobre la moneda más allá del resultado de la verificación en sí.

Es importante tener en cuenta que ésta es todavía una tecnología teórica. Para que esto sea una realidad necesitamos ordenadores cuánticos muy avanzados y por lo tanto su implementación práctica aún está muy lejos en el futuro.

Es importante destacar que la seguridad del dinero cuántico se basa en las leyes fundamentales de la mecánica cuántica y no en algoritmos matemáticos .

Imaginemos un sello especial hecho de luz. La Casa de la Moneda crea este sello con un patrón de luz complejo y único, una especie de firma cuántica. Este sello puede transferirse a otra persona, pero si intentas copiarlo, se destruirá. Quien recibe el sello puede utilizar una máquina especial que, al observar el patrón de luz, verifica que el sello es auténtico.

Para verificar su autenticidad, se necesita un dispositivo o algoritmo que conozca los detalles específicos de su estado cuántico inicial. Sólo la entidad que creó la moneda (por ejemplo, un banco central) puede realizar esta verificación. Si alguien intenta medir estados cuánticos sin conocer los detalles precisos, estos estados se destruyen, haciendo evidente el intento de fraude.

La creación, manipulación y verificación de estados cuánticos requieren infraestructuras avanzadas y costosas, actualmente no disponibles para su uso a gran escala. Los estados cuánticos son extremadamente delicados y pueden destruirse fácilmente por la interferencia ambiental. Por ahora, la verificación de las monedas cuánticas requiere un sistema centralizado, lo que podría limitar su aplicabilidad en un contexto descentralizado como el de las criptomonedas.

Las criptomonedas como Bitcoin se basan en la criptografía clásica y la cadena de bloques para garantizar la seguridad y la descentralización. El dinero cuántico, por otro lado, utiliza directamente las leyes de la física cuántica. A diferencia de las criptomonedas, el dinero cuántico no requiere una cadena de bloques y ofrece un nivel de seguridad teóricamente insuperable contra las computadoras cuánticas.

El algoritmo de Shor es un algoritmo cuántico que puede factorizar números enteros de manera extremadamente eficiente, mucho más rápido que cualquier algoritmo clásico conocido. Esto representa una amenaza importante para la criptografía de clave pública, como RSA, que se basa en la dificultad de factorizar números primos grandes y, por lo tanto, ataca la cadena de bloques. Blockchain utiliza algoritmos de criptografía de clave pública para garantizar la seguridad de las transacciones. Bitcoin, de hecho, utiliza el algoritmo ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) para firmar digitalmente las transacciones. El algoritmo de Shor puede factorizar rápidamente los grandes números utilizados en las claves públicas, lo que permite a un atacante derivar la clave privada correspondiente con la que descifrar transacciones, firmar transacciones falsas, robar fondos y comprometer la seguridad de la cadena de bloques.

Para proteger la cadena de bloques de los ataques cuánticos, es necesario desarrollar oportunamente algoritmos de criptografía post-cuántica que no sean vulnerables a los ataques de las computadoras cuánticas. A medida que las computadoras cuánticas se vuelven más potentes y generalizadas, es probable que veamos un aumento en la adopción de criptografía poscuántica en los sistemas de pago para garantizar una mayor seguridad. La criptografía postcuántica es, de hecho, un conjunto de algoritmos diseñados para garantizar la seguridad de los datos incluso contra ataques de ordenadores cuánticos, que podrían comprometer muchos sistemas criptográficos actualmente en uso. Se puede implementar en infraestructuras clásicas y utilizarse en combinación con algoritmos tradicionales para garantizar la seguridad híbrida, aunque requieren más tiempo de cálculo, espacio de memoria y tamaño de clave que los métodos clásicos.

El dinero cuántico por sí solo no puede ser la moneda de una nueva economía ni constituir un nuevo sistema de pagos internacionales que supere las patologías inherentes al actual sistema centrado en el dólar. El mundo está buscando un sistema de pagos internacionales adaptado a la nueva realidad multipolar.

El Sistema Financiero Cuántico QFS, se describe [4] más como un modelo teórico que tiene como objetivo integrar la computación cuántica, la inteligencia artificial y la tecnología blockchain para crear una nueva infraestructura financiera. Se trata de algo aún no bien definido que promete mayor seguridad, transacciones en tiempo real y descentralización. A diferencia de los sistemas financieros tradicionales, que dependen de la computación convencional, el QFS funcionaría a través de computadoras cuánticas, aprovechando la mecánica cuántica para procesar cantidades masivas de datos a velocidades sin precedentes.

Algunos autores lo describen como un sistema financiero completamente futurista, independiente del sistema bancario actual. Supuestamente fue creado para liberar al mundo del control de las élites financieras. Muchos están esperando un “evento de transición”, un acontecimiento repentino en el que se activará el QFS y el viejo sistema financiero colapsará.

Pero nadie explica exactamente qué es. Nada definitivo. Se dice que el QFS se basa en oro u otros activos reales, a diferencia del sistema monetario actual que se basa en «dinero fiduciario» (moneda de curso legal no convertible en oro u otros productos básicos), y también se afirma que el QFS eliminará los bancos centrales y el sistema bancario tradicional, dando el control del dinero directamente a la gente.

Quién sabe por qué sólo muy pocas personas parecen conocer lo que sería una verdadera revolución en el sistema de pagos internacionales, a saber, la propuesta de una moneda internacional como unidad de cuenta no emitida por ningún banco central (el Bancor) gestionada por un organismo internacional, cámara de compensación, la Cámara de Compensación Internacional propuesta en 1944 en Bretton Woods por JLM Keynes. Se trataría de un sistema que implicaría abandonar el paradigma de la liquidez con todas sus patologías hoy insostenibles y adoptar un paradigma basado en el clearing (compensación) que impediría estructuralmente el señoreaje, la usura, la inflación y la deflación, la generación sistemática de enormes deudas y enormes concentraciones de la riqueza financiera en manos de unos pocos, evitaría desequilibrios insostenibles en las balanzas comerciales que conducen a conflictos entre países y permitiría la existencia de riqueza generada únicamente por el trabajo, eliminando al actual mercado abusador del dinero que permite especular con el dinero.

(*) Se puede argumentar que en condiciones de deflación monetaria y de restricción crediticia (poco dinero en circulación en comparación con la capacidad económica de la comunidad) el papel de los falsificadores es ciertamente positivo para toda la Comunidad en la que circula el dinero falso…

[1] Las claves privadas y públicas son esenciales en la criptografía asimétrica para la seguridad de las comunicaciones digitales. Clave pública: de libre distribución para cifrar datos. Ejemplo: una dirección de apartado postal, utilizable por cualquier persona, pero legible sólo con la clave privada. Clave privada: debe permanecer en secreto. Se utiliza para descifrar datos cifrados con la clave pública y para firmar documentos. Ejemplo: Llave para abrir el buzón. Ejemplo práctico: Alice cifra un mensaje con la clave pública de Bob. Sólo Bob puede descifrarlo con su clave privada, garantizando así la seguridad de la información.

[2] Un qubit es la unidad fundamental de la información cuántica, similar al bit en la computación clásica. Sin embargo, a diferencia de un bit clásico, que sólo puede estar en uno de dos estados (0 o 1), un qubit puede existir en una superposición de estados. Esto significa que puede ser simultáneamente 0, 1 o cualquier combinación lineal de ambos gracias a las propiedades de la mecánica cuántica.

Las principales propiedades del qubit son la superposición , el entrelazamiento y la interferencia. La superposición permite que varios estados coexistan al mismo tiempo. (En los ordenadores cuánticos esta propiedad aumenta exponencialmente la potencia de cálculo). Los qubits entrelazados comparten un estado cuántico común, lo que permite correlaciones instantáneas a lo largo de la distancia. Los qubits entrelazados están interconectados de tal manera que cambiar el estado de uno afecta inmediatamente al estado del otro, independientemente de la distancia. Esto permite la creación de conexiones seguras entre nodos cuánticos. La interferencia . Los estados cuánticos pueden interferir entre sí, lo que dificulta que observadores no autorizados predigan los estados de los qubits y decodifiquen la información.

[3] Explicación técnica: [En este esquema, cada billete está asociado a un diagrama de nodos, y su número de serie corresponde al polinomio de Alexander del diagrama. La Casa de la Moneda crea billetes preparando una superposición de todos los diagramas de nudos y midiendo los coeficientes del polinomio de Alexander. La verificación consiste en medir los coeficientes y comprobar que la superposición es invariante con respecto a los movimientos de Reidemeister.

[4] ¿Cuándo se lanzará el sistema financiero cuántico?