Последнее квантовое достижение IBM ещё немного приблизило мир криптовалют к кошмарному сценарию — появлению компьютера, способного взломать шифрование биткоина.
В отчёте, опубликованном ранее в этом месяце, исследователи из IBM сообщили о создании запутанного квантового состояния из 120 кубитов — самого значительного и стабильного на сегодняшний день.
Эксперимент, описанный в статье под названием «Большие кошки: запутанность в 120 кубитах и более», демонстрирует подлинную многостороннюю запутанность во всех кубитах. Это ключевой шаг на пути к созданию отказоустойчивых квантовых компьютеров, которые однажды смогут выполнять алгоритмы, достаточно мощные для взлома современной криптографии.
«Мы стремимся создать на квантовом компьютере большое запутанное ресурсное состояние с помощью схемы, в которой подавляется шум, — пишут исследователи. — Для достижения этой цели мы используем методы теории графов, стабилизационных групп и некомпьютерных схем».
Этот отчёт появился на фоне стремительного прогресса и растущей конкуренции между крупными технологическими компаниями в области разработки практических квантовых компьютеров. Прорыв IBM превзошёл достижения Google Quantum AI, чей 105-кубитный чип Willow на прошлой неделе выполнил физический алгоритм быстрее, чем это смог бы сделать любой классический компьютер.
Строим кошку побольше
В своём исследовании команда IBM использовала класс квантовых состояний, известных как состояния Гринбергера — Хорна — Цайлингера, которые часто называют «кошачьими состояниями» в честь знаменитого мысленного эксперимента Шрёдингера.
Состояние GHZ — это система, в которой каждый кубит находится в суперпозиции, то есть одновременно является и нулём, и единицей. Если один кубит меняется, то меняются все — что невозможно в классической физике.
«Помимо практической пользы, состояния GHZ исторически использовались в качестве эталона на различных квантовых платформах, таких как ионы, сверхпроводники, нейтральные атомы и фотоны», — написали они. «Это связано с тем, что эти состояния чрезвычайно чувствительны к несовершенствам эксперимента. Более того, их можно использовать для квантового зондирования на пределе Гейзенберга», — сказали они, имея в виду предельную точность измерений в квантовой физике.
Чтобы получить 120 кубитов, исследователи IBM использовали сверхпроводящие схемы и адаптивный компилятор, который распределял операции по наименее зашумлённым областям чипа.
Они также использовали процесс, называемый временной декоммутацией, который позволяет на мгновение разъединить кубиты, выполнившие свою функцию, чтобы они могли находиться в стабильном состоянии до последующего повторного подключения.
Насколько он на самом деле «квантовый»?
Качество результата оценивалось с помощью показателя достоверности, который определяет, насколько полученное состояние соответствует идеальному математическому состоянию.
Точность 1,0 означает идеальный контроль; 0,5 — это порог, подтверждающий полную квантовую запутанность. Состояние GHZ с 120 кубитами от IBM показало точность 0,56, что достаточно для подтверждения того, что каждый кубит остаётся частью единой когерентной системы.
Непосредственная проверка таких результатов невозможна с точки зрения вычислений: проверка всех конфигураций 120 кубитов заняла бы больше времени, чем существует Вселенная.
Вместо этого IBM использовала два статистических метода: тесты на колебания чётности, которые отслеживают коллективные интерференционные паттерны, и метод прямой оценки достоверности, который случайным образом выбирает подмножество измеримых свойств состояния, называемых стабилизаторами.
Каждый стабилизатор выполняет функцию диагностики, проверяя, синхронизированы ли пары кубитов.
Почему это важно для Биткоина
Прорыв IBM по-прежнему далек от того, чтобы представлять реальную криптографическую угрозу, но приближает эксперименты еще на шаг к тому, чтобы поставить под угрозу 6,6 миллиона BTC - стоимостью около 767,28 миллиарда долларов, — которые, как предупредила исследовательская группа по квантовым вычислениям Project 11, уязвимы для квантовой атаки.
К монетам, находящимся в зоне риска, относятся те, что принадлежат создателю биткоина Сатоси Накамото.
«Это один из самых спорных вопросов, связанных с биткоином: что делать с монетами Сатоши. Их нельзя переместить, а Сатоши, предположительно, уже нет с нами, — сказал основатель Project 11 Алекс Пруден в интервью Decrypt. — Так что же происходит с этим биткоином? Это значительная часть предложения. Сжечь его, перераспределить или отдать квантовому компьютеру? Это единственные варианты».
Как только биткойн-адрес раскрывает свой открытый ключ, достаточно мощный квантовый компьютер теоретически может восстановить его и завладеть средствами до подтверждения транзакции. Хотя 120-кубитная система IBM не обладает такой мощностью, она демонстрирует прогресс в этом направлении.
Учитывая, что IBM планирует создать отказоустойчивые системы к 2030 году, а Google и Quantinuum преследуют аналогичные цели, угроза квантовых вычислений для цифровых активов становится всё более реальной.
" 
