L'ultima edizione cartacea di Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, presenta un saggio di Brandon Black in cui si argomenta che la minaccia di un computer quantistico crittograficamente rilevante (CRQC) — una macchina capace di ricostruire chiavi private da chiavi pubbliche e firmare transazioni Bitcoin che spostano monete altrui — rimanga paura, incertezza e dubbio (FUD) anziché un pericolo realistico. Non esistono evidenze, afferma il saggio, che una simile macchina venga costruita entro un decennio, e resta ignoto se ne verrà mai costruita una.

Da quando esiste Bitcoin, nuove forme di FUD sono state impiegate per predirne la fine. Nonostante quelle previsioni ricorrenti, Bitcoin è cresciuto fino a diventare un asset da diversi milleardi di dollari e ha iniziato a conquistare il proprio posto nell'ordine monetario globale. Negli ultimi mesi, lo spettro di un CRQC è tornato come forma evoluta di quel familiare schema. "Si tratta di una minaccia realistica per la crescita continua di Bitcoin? In una parola, no", scrive Black nel pezzo, presentato come un'anteprima delle idee esplorate nel numero completo.

Stato dell'arte

La valutazione di Black sullo stato attuale del settore è senza mezzi termini. A oggi, scrive, nessuna macchina di calcolo quantistico ha calcolato qualcosa oltre la portata di "un bambino di 6 anni precocissimo" — un'affermazione che definisce confermata empiricamente.

Riconosce che i computer quantistici sono una tecnologia straordinaria, che mostra capacità degne di fantascienza. I dispositivi sfruttano tecnologie di base tra cui pinze ottiche, raffreddamento laser, qubit superconduttivi a flusso, trappole eromagnetiche e refrigeratori a diluizione, tra gli altri. All'interno di queste macchine, i singoli qubit vengono costretti in specifici stati subatomici — diversi per ciascuna tecnologia candidata — intrecciati in sovrapposizioni e manipolati per rappresentare calcoli, dopodiché le loro proprietà subatomiche vengono lette e interpretate.

La verità sorprendente, nota il saggio, è che questi dispositivi esistono e possono essere manipolati per produrre calcoli significativi su un numero limitato di input. Il freddo controllo di realtà, tuttavia, è la scala: per una tecnologia candidata di esempio, eseguire un calcolo che anche un bambino piccolo sa fare richiede energia sufficiente a climatizzare una scuola superiore del Texas, molte ore di preparazione e ulteriori ore di post-elaborazione.

Soldi dentro, macchine fuori?

Il saggio prende direttamente di mira l'argomento secondo cui gli ingenti investimenti nel calcolo quantistico segnalano scoperte imminenti. Il denaro che affluisce in un campo è correlato al ritmo dei progressi tecnologici reali in quel campo? Non davvero, scrive Black. Di fatto, sostiene, finché la corretta tecnologia di base non è stata sviluppata e confermato il product-market fit, il denaro che affluisce in un'area può avere una correlazione negativa con la probabilità che venga sviluppata una tecnologia applicabile.

Illustra il punto confrontando il programma dello Space Shuttle della NASA con il Falcon 9 di SpaceX. SpaceX ha preso scienza (per lo più) nota e l'ha ridotta in pratica per soddisfare un'esigenza di mercato dimostrabile di un accesso allo spazio affidabile e a basso costo, con un costo di programma inferiore a 5 miliardi di dollari fino alla prima missione con equipaggio. Lo Space Shuttle è costato circa 50 miliardi di dollari per raggiungere la sua prima missione con equipaggio. Il Falcon 9 non solo è costato un ordine di grandezza in meno da sviluppare, ma vanta anche un bilancio di sicurezza dell'equipaggio perfetto a oggi. Sebbene molti fattori spieghino la differenza, la lezione secondo il saggio è che nessuna somma di denaro rende praticabile una tecnologia non pronta.

Tradotto nel calcolo quantistico: con tantissimi soldi gettati sul problema, dimostrazioni tecnologiche a costi enormi sono possibili. Ma questo non dice nulla sul fatto che più denaro potrà consegnarci il santo Graal di qubit stabili e a basso errore — l'equivalente in affidabilità del Falcon 9. Così come nessuno sviluppo continuato del programma dello Space Shuttle avrebbe mai prodotto il basso costo e l'alta affidabilità del Falcon 9, scrive Black, è del tutto probabile che nessuno sviluppo continuato, a qualsiasi costo, renda qualcuna delle attuali tecnologie di calcolo quantistico abbastanza affidabile da violare anche una sola coppia di chiavi.

Leggere i recenti avanzamenti

Il saggio espone due importanti avvertenze sui progressi pubblicati di recente nel settore.

In primo luogo, molti di questi avanzamenti sono stati avanzamenti nella sola matematica pura. Black cita il recente articolo di Google, il cui risultato è stato ritenuto così significativo che il team ha scelto di oscurare il circuito quantistico teorico piuttosto che rischi che venisse usato per violare sistemi crittografici importanti. Potrebbe sembrare un progresso enorme verso i futuri CRQC, ma in realtà non ha cambiato nulla: a meno che (o finché) l'hardware quantistico non avrà il suo momento Falcon 9, non esiste alcun dispositivo nemmeno lontanamente vicino alla stabilità e alla scala necessarie per eseguire il circuito oscurato. Nascondere un circuito progettato per un dispositivo che potrebbe non esistere mai, sostiene, è puro teatro.

In secondo luogo, sul fronte dell'hardware, ogni anno vengono pubblicati molti nuovi risultati e frammenti di progresso — ma quanti di questi riguardano la stessa tecnologia candidata di calcolo quantistico? Quanti rappresentano semplicemente una ripartenza dopo che un risultato precedente si è concluso in un vicolo cieco? Questi avanzamenti non rappresentano un percorso lineare verso il successo finale, sostiene il saggio. Rappresentano la ricerca in ampiezza di uno spazio di possibilità infinito, entro il quale i ricercatori quantistici sperano di trovare un percorso lungo cui procedere anche solo per una modesta distanza senza incontrare un altro vicolo cieco.

Guardando alla realtà del futuro del calcolo quantistico, Black lo descrive come nebbioso nella migliore delle ipotesi. Ci sono sviluppi tecnologici promettenti — in particolare, a suo avviso, nell'ambito dei dispositivi ad atomi neutri — ma è troppo presto per dire se esista un percorso aperto verso un eventuale CRQC lungo qualcuno dei rami attualmente noti, o se ci attendano altre ripartenze. Se, a un certo punto, vedremo molte iterazioni della stessa tecnologia candidata implementare dispositivi progressivamente più capaci e calcolare risultati significativi che nemmeno un bambino precocissimo sa calcolare, scrive, si potrà riprendere questa discussione con evidenze diverse.

In teoria

Il saggio delinea due possibili spiegazioni per il ripetuto fallimento della ricerca quantistica nello sviluppare un CRQC nel corso di molti decenni. La prima è che si tratta semplicemente di un problema difficile, e che la continua applicazione della scienza e dell'ingegneria un giorno prevarrà — come è accaduto con l'ingegno della specie umana nello sviluppo di Internet, dello smartphone, dei social media e di Bitcoin, lasciando al lettore decidere quali di questi siano sviluppi positivi. La seconda è che sviluppare un CRQC potrebbe essere impossibile, o potrebbe rimanere per sempre fuori dalla portata dell'umanità.

Black invita a considerare cosa significherebbe l'esistenza di un CRQC: la macchina dovrebbe rappresentare nella propria sovrapposizione un campo di possibilità della stessa dimensione della complessità del problema crittografico da risolvere. Per violare la sicurezza a 128 bit del logaritmo discreto su curva ellittica della curva secp256k1 di Bitcoin, la sovrapposizione quantistica dovrebbe rappresentare tutti i valori possibili di un numero a 128 bit. Nel calcolo classico, rappresentare tutti questi valori richiederebbe più memoria informatica — di molti ordini di grandezza — di quanta ne sia mai stata prodotta dagli esseri umani.

Il saggio sostiene inoltre che se esiste anche la minima granularità nella sovrapposizione quantistica — cioè se la sovrapposizione non è perfettamente continua su tutti i valori possibili — allora computer quantistico non potrà mai diventare crittograficamente rilevante. Analogamente, se l'energia necessaria a mantenere una sovrapposizione scala con la complessità del campo rappresentato, allora un computer quantistico non potrà mai diventare crittograficamente rilevante. La comprensione contemporanea della fisica quantistica, nota Black, non esclude nessuna di queste possibilità.

Conclusione: Bitcoin non può riposare

Nonostante tutto quanto sopra, il saggio conclude che lo sviluppo di Bitcoin verso nuovi algoritmi crittografici deve continuare. Pur non essendo in alcun modo imminente un attacco quantistico alla crittografia di Bitcoin, è del tutto possibile che un altro difetto possa essere scoperto con altri mezzi. Alcune curve ellittiche si sono rivelate deboli, e la secp256k1 potrebbe essere la prossima.

Il punto di riferimento dichiarato dall'articolo per riprendere la questione quantistica è quindi il progresso concreto, anziché i finanziamenti o gli annunci isolati: iterazioni ripetute della stessa tecnologia candidata dovrebbero produrre dispositivi via via più capaci e calcoli significativi oltre le capacità di un bambino precocissimo. In parallelo, il lavoro di Bitcoin su algoritmi crittografici alternativi resta rilevante indipendentemente dal fatto che un CRQC venga mai sviluppato.

Bitcoin è sopravvissuto fin qui perché gli attacchi al sistema lo hanno rafforzato, sostiene il saggio, e ciò continuerà a essere vero mentre l'attacco FUD quantistico si sviluppa. Lo sviluppo di P2MR o P2TRv2, di SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA e di altri schemi di firma post-quantistici porterà infine a miglioramenti della resilienza di Bitcoin di fronte ad attacchi futuri — anche se un vero CRQC non verrà mai sviluppato.

Il pezzo è presente nell'ultima edizione cartacea di Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, ed è condiviso come un'anteprima delle idee esplorate nel numero completo. Il post è apparso per la prima volta su Bitcoin Magazine ed è scritto da Brandon Black.