Bitcoin Magazineの最新紙上版『The Quantum Issue』には、Brandon Blackによる論考が掲載されている。その中で彼は、暗号学的に関連性を持つ量子コンピュータ(CRQC)──公開鍵から秘密鍵を再生成し、他人のコインを移動するBitcoinトランザクションに署名できるマシン──による脅威は現実的な危険ではなく、恐怖・不確実性・疑念(FUD)にすぎないと論じている。論考によれば、そのようなマシンが10年以内に構築されるという証拠はなく、そもそも構築可能かどうかすら分かっていないという。

Bitcoinが存在して以来、新しい形のFUDがその終焉を予測するために展開されてきた。こうした繰り返される予測にもかかわらず、Bitcoinは数兆ドル規模の資産へと成長し、世界の通貨秩序における地位を確立しつつある。近年、CRQCの影が、このおなじみのパターンの進化形として再び姿を現した。「これはBitcoinの持続的な成長に対する現実的な脅威なのか。一言で言えば、ノーだ」とBlackは同論考で述べている。同論考は、号全体で探求されるテーマの先行公開として紹介されている。

現在の技術水準

Blackのこの分野の現状に対する評価は率直だ。彼によれば、これまでのところ量子コンピュータは「早熟な6歳児」にも及ばない計算しか行ったことがない。これは経験的に確認された主張だと彼は述べる。

彼は、量子コンピュータが優れた技術であり、SFさえ凌ぐ現代の能力を示すものであることは認めている。これらのデバイスは光ピンセット、レーザー冷却、超伝導フラックス量子ビット、電磁トラップ、希釈冷凍機など、多くの基盤技術を活用している。これらのマシン内部では、個々の量子ビットが特定の亜原子状態(候補技術ごとに異なる)に制御され、重ね合わせに絡み合わせられ、計算を表現するよう操作された後、その亜原子的性質が読み取られ解釈される。

驚くべきことに、こうしたデバイスは実際に存在し、いくつかの入力に対して意味のある計算を生み出すよう操作できると論考は指摘する。しかし、厳しい現実はスケールにある。ある候補技術の例では、幼い子供でもできる計算を行うのに、テキサス州の高校全体を冷房できるほどの電力、数時間に及ぶセットアップ、さらには後処理に数時間を要するという。

資金が入ればマシンが出るのか

論考は、量子コンピューティングへの巨額の投資が目先のブレークスルーを示唆するという主張に真っ向から反論する。ある分野に流れ込む資金は、その分野の現実の技術進歩の速度と相関するのか。Blackによれば、実はそうでもない。むしろ、正しい基盤技術が開発され製品市場適合性が確認されるまでは、ある分野への資金流入は、実用技術が開発される可能性と負の相関を持ちうると彼は論じる。

彼はこの点を、NASAのスペースシャトル計画とSpaceXのFalcon 9の比較で説明する。SpaceXは(主に)既知の科学を実際のものに変え、信頼性が高く低コストな宇宙アクセスという明確な市場ニーズを満たし、初の有人ミッションまでの計画費用は50億ドル未満だった。一方スペースシャトルが初の有人ミッションに到達するまでには約500億ドルを要した。Falcon 9は開発コストが一桁安かっただけでなく、現在まで完璧な乗員安全性の記録を維持している。この差には多くの要因があるが、論考の教訓は、どれだけ資金を投じても準備のできていない技術を実用化することはできない、というものである。

これを量子コンピューティングに当てはめると、巨額の資金が投じられていれば、莫大なコストをかけた技術デモは可能だ。しかし、より多くの資金が安定した低エラー量子ビット──Falcon 9のような信頼性──という聖杯をもたらすかどうかについては何も語らない。スペースシャトル計画への継続的な開発がどれだけ続いてもFalcon 9の低コスト・高信頼性は生まれなかったのと同じく、どれだけの開発をどれだけのコストをかけて続けても、現在の量子コンピューティング技術のいれかが単一の鍵ペアを破れるほど信頼性を獲得することは、完全にありそうにないとBlackは書いている。

最近の進歩の読み解き方

論考は、最近発表されたこの分野の進歩について、2つの重要な留保を挙げている。

第一に、これらの進歩の多くは純粋数学における進歩にすぎない。Blackは最近のGoogleの論文を挙げる。その結果は非常に重要なものとみなされ、重要な暗号システムを破られるリスクを避けるため、チームは理論上の量子回路の公開を差し控えた。これはCRQCの未来への大きな進歩に見えるかもしれないが、実際には何も変わっていない。量子ハードウェアにFalcon 9の瞬間が訪れるまでは(あるいは訪れなければ)、公開差し控えられた回路を実行するのに必要な安定性と規模に近いデバイスは存在しない。実現しないかもしれないデバイス向けに設計された回路を隠すことは、純粋な見せ物にすぎないと彼は主張する。

第二に、ハードウェア側についても、毎年多くの新しい成果や進歩が発表されるが、そのうちどれだけが同一の量子コンピューティング候補技術に関するものなのか。どれだけが、行き止まりに終わった先行成果からの単なる出直しにすぎないのか。これらの進歩は最終的な成功への直線的な軌道を表すものではなく、量子研究者たちが、さらに行き止まりにぶつかることなくわずかでも前進できる道を見つけようと希望を抱く、無限の可能性空間の幅優先探索を表すにすぎないと論考は主張する。

量子コンピューティングの未来の現実を眺めると、Blackはそれを「せいぜい曖昧」と表現する。有望な技術開発は存在する──特に彼の目には中性原子デバイスの分野が際立つ──が、現在知られているどの分岐にも最終的なCRQCへの道が開いているのか、それともさらなる出直しが待っているのかを見極めるにはあまりに早いという。もしいずれ時点で、同一の候補技術が何度も反復され、ますます高性能なデバイスを実装し、早熟な子供にもできる以上の意味ある計算結果を導くようになれば、改めて別の証拠をもってこの議論を再開できると彼は書いている。

理論的考察

論考は、数十年にわたり量子研究がCRQCの開発に繰り返し失敗してきたことについて、2つの可能性のある説明を示している。第一は、単に非常に難しい問題であり、科学と工学の応用を続ければ、いつか人類の才能が互联网、スマートフォン、ソーシャルメディア、Bitcoinの発展でそうであったように勝利するかもしれない、というものだ(どれが良い発展だったかの判断は読者に委ねられている)。第二は、CRQCの開発は不可能であるか、永遠に人類の手の届かないところにあるかもしれない、というものである。

Blackは、CRQCが存在するとはどういうことかを考察するよう促す。そのマシンは、解くべき暗号問題の複雑さと同じ規模の可能性の場を重ね合わせの中に表現できなければならない。つまり、Bitcoinのsecp256k1曲線上の楕円曲線離散対数の128ビットセキュリティを破るには、量子重ね合わせが128ビットの数値の取り得るすべての値を表現しなければならない。古典コンピューティングでは、これらすべての値を表現するには、人類がこれまでに生産した量を何桁も上回る記憶容量が必要となる。

さらに論考は、量子重ね合わせにわずかでも粒度があるならば──すなわち、重ね合わせがすべての可能な値にわたって完全に連続でないならば──量子コンピュータが暗号学的に関連性を持つことは決してないと論じる。同様に、重ね合わせを保持するために必要なエネルギーが表現される場の複雑さに比例して増大するならば、量子コンピュータが暗号学的に関連性を持つことは決してない。現代の量子物理学の理解は、これらの可能性のどちらも排除していないとBlackは指摘する。

結論:Bitcoinは休んではいられない

以上を踏まえ、論考はBitcoinの新しい暗号アルゴリズムに向けた開発を継続しなければならないと結論付けている。Bitcoinの暗号に対する量子攻撃は決して差し迫っているわけではないが、他の手段によって別の脆弱性が発見される可能性は十分にある。特定の楕円曲線に弱点が見つかったことは知られており、secp256k1が次になるかもしれない。

記事が量子問題を再検討するための基準として示すのは、資金や単発の発表ではなく、具体的な進歩である。同一の候補技術の反復による継続的な性能向上と、早熟な子供にもできる計算を超える意味ある計算結果が必要となる。並行して、CRQCが実際に開発されるかどうかにかかわらず、Bitcoinの代替暗号アルゴリズムへの取り組みは意味を持ち続ける。

Bitcoinがこれまで生き延びてこられたのは、システムへの攻撃がそれを強化してきたからであり、量子FUD攻撃が展開される間もそれは真であり続けるだろうと論考は主張する。P2MRやP2TRv2、SHRINCS、SPHINCS、IBC、ML-DSAなど、より多くの耐量子署名スキームの開発は、たとえ実際のCRQCが決して開発されなくても、将来の攻撃に直面したBitcoinの耐性向上につながっていく。

本稿は、Bitcoin Magazineの最新紙上版『The Quantum Issue』に掲載されており、号全体で探求されるテーマの先行公開として紹介されている。記事はBitcoin Magazineに最初に掲載され、Brandon Blackによって執筆された。