Ettevaatust, Bitcoin: krüptograafiat murdva kvantarvuti loomine võib olla lähemal, kui eeldatud, ütles Caltech

Kvantarvutid, mis suudavad murda kaasaegset krüptograafiat, võivad vajada oluliselt vähem kvantbitte, kui seni usutud, selgus California Tehnoloogiainstituudi (Caltech) uuest teadusuuringust.

Teisipäeval avaldatud uurimuses töötas Caltech koos Pasadena asuva kvantarvutite algatusega Oratomicuga – ettevõttega, mille on asutanud Caltechi teadlased – välja uue neutraal-atomaarse süsteemi, kus üksikud aatomid püütakse kinni ja juhitakse laserite abil, et nad toimiks kvantbittena. Selle abil võib luua vigadele vastupidava kvantarvuti, mis suudab käivitada Shori algoritmi ja seega tuletada privaatvõtmeid Bitcoinis kasutatavast elliptilise kõvera krüptograafiast tulenevatest avalikest võtmetest – selleks on vaja vaid umbes 10 000 ümberkonfigureeritavat atomaarset kvantbitti.

Oratomicu kaasasutaja ja tegevjuht Dolev Bluvstein, kes on Caltechis füüsika külastav vanemteadur, ütles, et kvantarvutite areng kiirendab praktiliste masinate loomise tähtaegu ning suurendab rõhku kvantarvutitele vastupidava krüptograafia kasutuselevõtu suunas.

„Inimesed on harjunud arvama, et kvantarvutid on alati 10 aastat eemal,“ ütles Bluvstein ajakirjale Decrypt. „Aga kui vaadata tagasi veerandkümnendit tagasi, siis olid parimad hinnangud selle kohta, kui palju kvantbitte on vaja Shori algoritmi käivitamiseks, ühe miljardi kvantbitti, samas kui laborites olemas olnud parimad süsteemid olid umbes viis kvantbitti.“

Tänapäeva levinumad veakorraldussüsteemid nõuavad sageli umbes 1000 füüsilist kvantbitti, et luua üks usaldusväärne loogiline kvantbitt – see on veakorraldatud ühik, mida kasutatakse arvutusteks. See lisamaht on aidanud tõsta praktiliste vigadele vastupidavate süsteemide hindamisi miljonite kvantbiti tasemele ja aeglustada arengut selliste masinateni, mis suudaksid käivitada algoritme, mis ohustavad Bitcoinis ja Ethereumis kasutatavat RSA- ja elliptilise kõvera krüptograafiat.

Bluvstein märkis, et praegused laboris kasutatavad süsteemid on juba lähenedes – ja mõnel juhul ka ületades – 6000 füüsilist kvantbitti. Teisisõnu võib krüptograafiaohu tekkimine saabub palju varasemalt, kui ekspertide senised prognoosid näitasid.

„Süsteemi suuruse ja juhitavuse suurenemist saab tegelikult aeglaselt jälgida, samas kui nõutav süsteemi suurus väheneb,“ ütles ta.

Septembris avaldasid Caltechi teadlased neutraal-atomaarse kvantarvuti, mis töötab 6100 kvantbittu 99,98% täpsusega ja 13 sekundi koherentsusajaga. See oli oluline samm veakorraldatud kvantarvutite suunas ning taasaktiveeris ka muret Shori algoritmi tulevikuohu pärast Bitcoinile.

Selle ohu tõttu on valitsused ja tehnoloogiaettevõtted juba alanud üleminekut post-kvantkrüptograafiale ehk krüpteerimisele, mis on kavandatud vastu pidama kvantarvutite rünnakutele. Teadlased aga hoiatavad, et suured inseneriprobleemid jäävad ikka lahendamata, sealhulgas kvantsüsteemide skaala suurendamine säilitades äärmiselt madalad veamäärad.

„10 000 füüsilise kvantbitti olemasolu võib teoks saada juba ühe aastaga,“ ütles Bluvstein. „Aga see pole tegelikult see piir, millele inimesed mõtlevad. See ei ole nagu arvuti konstrueerimine, kus paned transistorid kiibile, pesta käed ja öelda, et oled valmis. Tegelikult on sellise seadme ehitamine äärmiselt keerukas ja mitte triviaalne ülesanne.“

Sellest hoolimata ütles Bluvstein, et praktiline kvantarvuti võib ilmuda enne dekaadi lõppu.

Selle uudise ilmumisel teatasid Google’i teadlased teisipäeval uutest avastustest, mille kohaselt võivad tulevased kvantarvutid murda elliptilise kõvera krüptograafiat vähema ressursiga, kui seni arvatud. See teeb veel kiiremaks kutsed üleminekule post-kvantkrüptograafiale enne selliste masinatega praktiliseks saamise.

Olles kuulunud, et krüptovaluutatööstus on järjest rohkem keskendunud kvantarvutite riskile, ütles Bluvstein, et see risk ulatub palju kaugemale kui bloki ahelad ja nõuab muutusi suures osas tänapäeva digitaalsest maailmast.

„Minu arvates puudutab see kogu maailma digitaalset infrastruktuuri. See ei ole mitte ainult bloki ahelad, vaid ka interneti asjade seadmed, internetikommunikatsioon, marsruuterid, satelliidid,“ ütles ta. „See hõlmab kogu globaalset digitaalset infrastruktuuri ja see on keeruline.“