Mitä kvanttitietokoneet todella ovat ja miksi ne uhkaavat Bitcoinia

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 maailmassa. Kvanttitietokoneita pidetään usein vain nopeampina versioina tavallisista tietokoneista, mutta ne ovat pohjimmiltaan erilaisia laitteita, jotka toimivat atomitasolla.

Miten tavalliset ja kvanttitietokoneet toimivat

Tavalliset tietokoneet tallentavat tietoa bitteina, jotka ovat joko 0 tai 1. Jokainen bitti on pieni kytkin, fyysisesti transistori sirulla – mikroskooppinen portti, joka joko päästää sähköä läpi (1) tai ei (0). Kaikki valokuvat, Bitcoinin transaktiot ja kirjoittamasi sanat tallennetaan näiden kytkinten on/off-kuvioina. Laskutoimitukset ovat vain näiden 0:ien ja 1:ien sekoittamista nopeasti, mutta yksi kerrallaan.

Kvanttitietokoneet käyttävät qubitteja bittien sijaan. Qubitti voi olla 0, 1 tai molempia yhtä aikaa. Tämä on mahdollista, koska qubit on erilainen fyysinen objekti. Yleisin tyyppi, jota Google käyttää, on pieni suprajohtava metallisilmukka jäähdytettynä noin 0,015 asteeseen absoluuttisesta nollapisteestä, kylmemmäksi kuin avaruus. Tässä lämpötilassa sähkö virtaa silmukassa ilman vastusta, ja virta on kvanttitilassa.

Suprajohtavassa silmukassa virta voi kulkea myötäpäivään (0) tai vastapäivään (1), mutta kvanttiskaalassa se kulkee molempiin suuntiin yhtä aikaa. Tämä ei ole nopeaa vaihtelua, vaan mitattavissa oleva tila molemmissa yhtä aikaa.

Kvanttifysiikan erikoisuudet

Kvanttifysiikka eroaa arkikokemuksesta. Klassinen fysiikka olettaa, että asiat ovat yhdessä paikassa kerrallaan, mutta subatomisella tasolla hiukkaset eivät käyttäydy näin. Elektroni ei ole tietyssä paikassa ennen mittausta, fotoni ei ole tietyssä polarisaatiossa ennen mittausta.

Arjessa tämä ei näy dekoherenssin vuoksi: kvanttitila romahtaa heti ympäristön vuorovaikutuksessa, kuten ilman, lämmön tai värinän kanssa. Kvanttitietokoneissa luodaan ympäristö, jossa kvanttikäyttäytyminen säilyy hetken laskutoimituksen ajan. Googlen laitteet toimivat suurissa jäähdytyskaapeissa, jotka ovat kylmempiä kuin mikään luonnossa, suojattuna häiriöiltä.

Qubitit ovat hauraita ja menettävät tilansa jatkuvasti, minkä vuoksi virheenkorjaus on keskeistä skaalauksessa. Kvanttilaskenta hyödyntää erilaisia fysiikan lakeja pienillä skaaloilla, matalissa lämpötiloissa ja lyhyissä aikaväleissä.

Qubittien voima ja uhka kryptografialle

Kahden bitin tila voi olla yksi neljästä (00, 01, 10, 11) kerrallaan. Kahdella qubitilla kaikki neljä tilaa ovat yhtä aikaa. Kymmenen qubittia edustaa 1 024 tilaa, viisikymmentä yli kvadriljoonaa. Määrä kasvaa eksponentiaalisesti.

Entanglement mahdollistaa qubittien yhteyden: yhden mittaus kertoo toisesta etäisyydestä riippumatta. Kvanttitietokoneet käyttävät interferenssiä, jossa väärät vastaukset kumoavat toisensa ja oikeat vahvistuvat.

Tämä uhkaa Bitcoinin kryptografiaa, joka perustuu siihen, että julkisen avaimen kääntäminen yksityiseksi kestää klassisesti ikuisuuden. Kvanttitietokone Shorin algoritmilla voi tehdä sen nopeasti. Googlen tutkimus osoittaa, että se vaatii vähemmän resursseja kuin aiemmin arvioitiin, ja se kilpailee Bitcoinin lohkovahvistusten kanssa.

Seuraavassa osassa käsitellään hyökkäyksen vaiheet, Googlen tutkimuksen muutokset ja vaikutukset 6,9 miljoonaan altistuneeseen bitcoiniin.

Pähkinänkuoressa

• Kvanttitietokoneet eivät ole vain nopeampia, vaan hyödyntävät kvanttifysiikkaa laskentaan.
• Googlen tutkimus osoittaa Bitcoinin yksityisavaimen murtamisen mahdolliseksi yhdeksässä minuutissa.
• Uhka ulottuu kryptovaluuttoihin, pankkitoimintaan ja laajemmalle.
• Qubitit mahdollistavat eksponentiaalisen laskentatehon superposition ja entanglementin kautta.

UKK – useimmin kysytyt

Mitä eroja on bitillä ja qubitilla?

Bitti on joko 0 tai 1, kun taas qubit voi olla molempia yhtä aikaa kvanttifysiikan superposition ansiosta.

Miksi kvanttitietokoneet tarvitsevat äärimmäistä kylmyyttä?

Kylmyys ja eristys estävät dekoherenssin, jotta kvanttikäyttäytyminen säilyy laskutoimituksen ajan.

Miten kvanttitietokone uhkaa Bitcoinia?

Se voi murtaa kryptografian Shorin algoritmilla, mahdollistamalla yksityisavaimen johtamisen julkisesta avaimesta nopeasti.