Investigadores de Singapur presentan un chip cuántico de números aleatorios que se verifica a sí mismo y es invulnerable a hackeos

Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han presentado un innovador chip generador de números aleatorios cuánticos que se distingue por su capacidad de verificar continuamente la integridad de su propio hardware mientras produce números impredecibles. A diferencia de los generadores anteriores, que dependían de un modelo de dispositivo confiable, este nuevo chip utiliza un protocolo independiente del dispositivo de medición, eliminando así esa suposición.

Este chip opera a temperatura ambiente y está diseñado para apagarse automáticamente si las respuestas del detector se desvían de las predicciones establecidas por la teoría cuántica. Actualmente, el prototipo genera 64 bits por segundo, aunque simulaciones sugieren que versiones futuras podrían alcanzar hasta 68 megabits por segundo. Este avance ha sido probado en el marco del faro de aleatoriedad del NIST, lo que representa un cambio significativo para sectores que requieren números aleatorios certificados sin necesidad de confiar en el hardware.

Un avance crucial en ciberseguridad

Este desarrollo podría transformar radicalmente la forma en que se protegen los secretos digitales más sensibles del mundo. Los números aleatorios son fundamentales para casi toda la seguridad digital, desde transacciones bancarias y comunicaciones gubernamentales hasta registros médicos y sistemas de inteligencia artificial. Si un generador de números aleatorios es comprometido, todos los elementos que dependen de él —como claves de cifrado y firmas digitales— corren el riesgo de ser vulnerables.

El problema principal ha sido la confianza. Según los investigadores, «el entrelazamiento cuántico garantiza que los fotones estén en un estado de superposición antes de ser analizados», lo cual es crucial para entender su enfoque. Anteriormente, los generadores cuánticos operaban bajo un modelo donde los usuarios debían asumir que sus componentes funcionaban como se especificaba, sin degradación ni manipulación con el tiempo. El nuevo chip elimina completamente esta necesidad.

Funcionamiento del sistema autocomprobante

Desarrollado bajo la dirección del profesor asociado Charles Lim del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de NUS, el dispositivo utiliza un protocolo independiente del dispositivo de medición. En lugar de confiar en los detectores que miden señales cuánticas, el sistema solo requiere confianza en los estados luminosos cuánticos.

Durante su funcionamiento, el chip genera estados luminosos cuánticos conocidos y compara las respuestas del detector con las predicciones derivadas de la teoría cuántica. Cuando los resultados coinciden con las expectativas, el sistema convierte esos datos en números aleatorios certificados. Cualquier desviación provoca un apagado automático.

Seguridad con compromisos

El análisis de seguridad del chip asume un escenario extremo: que un atacante posea correlaciones cuánticas con el propio detector. Su detector alcanzó una eficiencia total del 69.1%, superando el requisito mínimo del protocolo del 67%. Sin embargo, esta seguridad sin precedentes tiene un costo; actualmente, el sistema experimental produce 64 bits por segundo, significativamente más lento que otros generadores cuánticos convencionales que pueden superar los 100 gigabits por segundo.

A pesar de esto, los investigadores subrayan que no se trata de una limitación fundamental. Los fotodiodos desarrollados por el mismo equipo ya han alcanzado una eficiencia del 92.4%, y simulaciones indican que versiones futuras podrían lograr tasas de datos cercanas a 68 megabits por segundo, más de un millón de veces más rápidas que el prototipo actual.

«Este chip allana el camino hacia la integración práctica de generadores cuánticos autocomprobantes en sistemas compactos y seguros», añadió Lim. La investigación ya ha pasado por su primera prueba como parte del faro de aleatoriedad del NIST.

Para sectores como finanzas y salud, donde las brechas en datos pueden tener consecuencias catastróficas, la capacidad para generar números aleatorios certificados sin confiar en hardware representa un cambio paradigmático. A medida que la computación cuántica amenaza con romper los estándares actuales de cifrado, estos sistemas autoverificables pueden convertirse no solo en innovadores sino también en esenciales.

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