Yksinkertainen selitys kvanttitietokoneista ja miksi ne ovat uhka…

Tällä viikolla Google julkaisi tutkimuksen, jossa kuvataan, kuinka kvanttitietokone voisi teoriassa johtaa Bitcoinin yksityisavaimen yhdeksässä minuutissa. Vaikutukset ulottuvat Ethereumiin, muihin tokeneihin, yksityispankkitoimintaan ja mahdollisesti kaikkeen digitaaliseen. Kvanttitietokone ei ole vain nopeampi versio tavallisesta tietokoneesta, vaan täysin erilainen laite atomitasolla.

Miten tavalliset tietokoneet ja kvanttitietokoneet toimivat

Tavalliset tietokoneet tallentavat tietoa bitteina, jotka ovat joko 0 tai 1. Jokainen bitti on pieni kytkin, transistor sirulla, joka joko päästää sähköä läpi (1) tai ei (0). Kaikki valokuvat, Bitcoinin transaktiot ja tekstit ovat näiden kytkinten on/off-kuvioita. Laskenta on näiden 0:ien ja 1:ien siirtelyä nopeasti, mutta peräkkäin.

Kvanttitietokoneet käyttävät kubitteja bittien sijaan. Kubitti voi olla 0, 1 tai molempia yhtä aikaa. Tämä johtuu siitä, että kubitti on erilainen fyysinen objekti. Googlen käyttämä versio on pieni suprajohtava metallisilmukka, jäähdytetty noin 0,015 asteeseen absoluuttisen nollan yläpuolelle. Tässä tilassa sähkövirta kulkee ilman vastusta ja on kvanttitilassa, virraten sekä myötä- että vastapäivään samanaikaisesti.

Kvanttifysiikan erikoisuudet

Kvanttifysiikka eroaa klassisesta fysiikasta, jossa asiat ovat yhdessä paikassa kerrallaan. Subatomisella tasolla hiukkanen ei ole tietyssä paikassa ennen mittausta. Tämä käyttäytyminen katoaa arkielämässä dekoherenssin vuoksi, kun järjestelmä vuorovaikuttaa ympäristön kanssa. Kvanttitietokoneet eristävät järjestelmän lähes absoluuttisessa nollassa ja suojatussa ympäristössä, jotta kvanttikäyttäytyminen säilyy laskennan ajan.

Googlen laitteet toimivat suurissa jäähdytyslaitteissa, jotka ovat kylmempiä kuin avaruus. Kubitit ovat hauraita ja menettävät tilansa helposti, minkä vuoksi virheenkorjaus on keskeistä.

Kvanttilaskennan voima ja eksponentiaalinen skaalaus

Kaksi bittiä voi olla yhdessä neljästä tilasta kerrallaan, mutta kaksi kubittia edustaa kaikkia neljää samanaikaisesti. Kymmenen kubittia edustaa 1 024 tilaa, viisikymmentä yli kvadriljoonaa. Määrä kasvaa eksponentiaalisesti jokaisen kubitilla.

Entanglement mahdollistaa kubittien yhteyden etäältä, ja laskenta käyttää interferenssiä, jossa väärät vastaukset kumoavat toisensa ja oikeat vahvistuvat. Tämä on erilainen lähestymistapa kuin perinteinen laskenta.

Uhka kryptografialle

Bitcoinin salaus perustuu siihen, että yksityisavaimen johtaminen julkisesta avaimesta kestää klassisen tietokoneen avulla ikuisuuden. Kvanttitietokone Shorin algoritmilla voi tehdä tämän käänteisesti tehokkaasti. Googlen tutkimus osoittaa, että se vaatii vähemmän resursseja kuin aiemmin arvioitiin, ja aikataulu kilpailee Bitcoinin lohkovahvistusten kanssa.

Tämä uhkaa blockchain-salausta. Seuraavassa osassa käsitellään hyökkäyksen vaiheita, Googlen tutkimuksen muutoksia ja vaikutuksia 6,9 miljoonaan altistuneeseen bitcoiniin.

Pähkinänkuoressa

• Kvanttitietokoneet käyttävät kubitteja, jotka voivat olla useissa tiloissa samanaikaisesti, toisin kuin perinteiset bitit.
• Googlen tutkimus osoittaa, että Bitcoinin yksityisavain voidaan johtaa yhdeksässä minuutissa kvanttilaskennalla.
• Uhka ulottuu Ethereumiin ja muihin digitaalisiin järjestelmiin, haastaa nykyisen kryptografian.
• Kvanttilaskenta hyödyntää subatomista fysiikkaa eristetyissä, erittäin kylmissä ympäristöissä.

UKK – useimmin kysytyt

Mitä eroa on bitillä ja kubitilla?

Bitti on joko 0 tai 1, kun taas kubitti voi olla 0, 1 tai molempia samanaikaisesti kvanttifysiikan ansiosta.

Miksi kvanttitietokoneet ovat vaikeita rakentaa?

Ne vaativat äärimmäisen kylmiä lämpötiloja ja eristystä ympäristöstä, jotta kvanttikäyttäytyminen säilyy laskennan ajan.

Miten kvanttitietokone uhkaa Bitcoinia?

Se voi murtaa salauksen Shorin algoritmilla, johtamalla yksityisavaimen julkisesta avaimesta nopeasti.