Najnowsze wydanie drukowane Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, zawiera esej Brandona Blacka, w którym argumentuje on, że zagrożenie ze strony kryptograficznie istotnego komputera kwantowego (CRQC) — maszyny zdolnej do odtworzenia kluczy tajnych z kluczy publicznych i podpisywania transakcji Bitcoina przenoszących cudze monety — pozostaje strachem, niepewnością i wątpliwościami (FUD), a nie realnym niebezpieczeństwem. Jak stwierdza esej, nie ma dowodów na to, że taka maszyna zostanie zbudowana w ciągu dekady, a pozostaje nieznane, czy kiedykolwiek w ogóle powstanie.

Przez cały czas istnienia Bitcoina nowe formy FUD były wykorzystywane do przewidywania jego upadku. Mimo tych powtarzających się prognoz Bitcoin urósł do aktywa o wartości wielu bilionów dolarów i zaczął zajmować swoje miejsce w globalnym porządku monetarnym. W ostatnich miesiącach widmo CRQC powróciło jako ewolucyjna forma tego znajomego schematu. „Czy jest to realistyczne zagrożenie dla dalszego wzrostu Bitcoina? Krótko mówiąc, nie” — pisze Black w tekście, który prezentowany jest jako wczesny rzut oka na idee poruszane w całym wydaniu.

Stan techniki

Ocena obecnego stanu dziedziny przez Blacka jest bezlitosna. Jak pisze, do tej pory żadna maszyna kwantowa nie wykonała obliczeń wykraczających poza zęg „uzdolnionego 6-latka” — twierdzenie, które — jak opisuje — zostało potwierdzone empirycznie.

Przyznaje, że komputery kwantowe to niezwykła technologia, prezentująca możliwości godne science fiction. Urządzenia te wykorzystują podstawowe technologie, takie jak optyczne pułapki optyczne, chłodzenie laserowe, nadprzewodzące kubit strumieniowe, pułapki elektromagnetyczne i ciekłe rozcieńczalniki chłodnicze, wśród wielu innych. W tych maszynach pojedyncze kubity są wymuszane w określone stany subatomowe — różne dla każdej kandydackiej technologii — splątane w superpozycje i manipulowane w celu reprezentowania obliczeń, po czym ich własności subatomowe są odczytywane i interpretowane.

Zdumiewająca prawda, jak zauważa esej, polega na tym, że te urządzenia istnieją i mogą być manipulowane w celu wykonywania znaczących obliczeń na garstce danych wejściowych. Chłodna weryfikacja rzeczywistości dotyczy jednak skali: dla jednej przykładowej technologii kandydackiej wykonanie obliczenia, które małe dziecko potrafi wykonać, wymaga wystarczającej mocy do klimatyzowania szkoły średniej w Teksasie, wielu godzin konfiguracji i dodatkowych godzin przetwarzania końcowego.

Pieniądze wpadają, maszyny wychodzą?

Esesj bezpośrednio odnosi się do argumentu, że duże inwestycje w komputery kwantowe sygnalizują bliskie przełomy. Czy pieniądze wpływające do dziedziny korelują z tempem rzeczywistego postępu technologicznego w tej dziedzinie? Nie really, pisze Black. W rzeczywistości, argumentuje, dopóki właściwa technologia podstawowa nie zostanie opracowana i dopasowanie do rynku potwierdzone, pieniądze wpływające do obszaru mogą mieć ujemną korelację z prawdopodobieństwem opracowania zastosowalnej technologii.

Ilustruje to punkt porównując program wahadłowca NASA do Falcona 9 od SpaceX. SpaceX wziął (w większości) znaną naukę i zredukował ją do praktyki, aby zaspokoić wykazalną potrzebę rynku na niezawodny i tańszy dostęp do kosmosu, kosztem programu poniżej 5 miliardów dolarów do pierwszej załogowej misji. Wahadłowiec Space Shuttle kosztował około 50 miliardów dolarów do osiągnięcia pierwszej załogowej misji. Falcon 9 nie tylko kosztował rząd wielkości mniej w rozwoju, ale też do dziś ma idealny rekord bezpieczeństwa załogi. Chociaż wiele czynników wyjaśnia różnicę, lekcją eseju jest to, że żadna ilość pieniędzy nie sprawi, że techn niegotowa stanie się praktyczna.

Przenosząc to na komputery kwantowe: przy masie pieniędzy rzuconych na problem, demonstracje technologii przy ogromnych kosztach są możliwe. Ale to nic nie mówi o tym, czy więcej pieniędzy przyniesie świętego Graala stabilnych, niskobłędnych kubitów — odpowiednika niezawodności Falcona 9. Tak jak żadna ilość dalszego rozwoju programu wahadłowca nigdy nie dałaby niskich kosztów i wysokiej niezawodności Falcona 9, Black pisze, że jest całkowicie prawdopodobne, iż żadna ilość dalszego rozwoju, za jakikolwiek koszt, nie sprawi, że którakolwiek z obecnych technologii komputerów kwantowych stanie się niezawodna wystarczająco, by złamać choć jedną parę kluczy.

Czytanie ostatnich postępów

Esesj przedstawia dwa ważne zastrzeżenia dotyczące ostatnio opublikowanych postępów w dziedzinie.

Po pierwsze, wiele z tych postępów to postępy wyłącznie w czystej matematyce. Black przywołuje ostatni artykuł Google, którego wynik uznano za tak istotny, że zespół zdecydował się zredagować teoretyczny obwód kwantowy, aby nie ryzykować jego użycia do złamania ważnych systemów kryptograficznych. To może wyglądać jak ogromny postęp ku przyszłości CRQC, ale w rzeczywistości niczego nie zmieniło: chyba że (i dopóki) sprzęt kwantowy przeżyje swój moment Falcona 9, żadne urządzenie nie zbliża się nawet z daleka do stabilności i skali potrzebnych do uruchomienia zredagowanego obwodu. Ukrywanie obwodu zaprojektowanego dla urządzenia, które może nigdy nie istnieć, to — jego zdaniem — czysty teatr.

Po drugie, po stronie samego sprzętu w danym roku publikuje się wiele nowych wyników i drobnych postępów — ale ile z nich dotyczy tej samej kandydackiej technologii komputerów kwantowych? Ile z nich przedstawia jedynie zaczynanie od nowa po tym, jak wcześniejszy wynik zakończył się ślepą uliczką? Rzeczywistość jest taka, że te postępy nie przedstawiają linearnej ścieżki ku ostatecznemu sukcesowi, twierdzi esesj. Przedstawiają one przeszukiwanie wszerz nieskończonej przestrzeni możliwości, w której badacze kwantowi mają nadzieję znaleźć ścieżkę, wzdłuż której mogą iść choćby skromny dystans, nie natrafiając na kolejną ślepą uliczkę.

Patrząc na rzeczywistość przyszłości komputerów kwantowych, Black opisuje ją jako mglistą co najwyżej. Są obiecujące rozwijające się technologie — szczególnie, w jego oczach, w obszarze urządzeń z obojętnymi atomami — ale stanowczo za wcześnie, by ocenić, czy ścieżka ku docelowemu CRQC jest otwarta wzdłuż jakiejkolwiek znanej obecnie gałęzi, czy też czekają nas kolej restarty. Jeśli w pewnym momencie zobaczymy wiele iteracji tej samej technologii kandydackiej implementującej coraz bardziej zdolne urządzenia i obliczające znaczące wyniki, których uzdolnione dziecko nie potrafi obliczyć, pisze, dyskusja może zostać wznowiona z innymi dowodami.

W teorii

Esesj przedstawia dwa możliwe wyjaśnienia powtarzających się niepowodzeń badań kwantowych w rozwoju CRQC przez wiele dziesięcioleci. Pierwsze z nich to, że jest to po prostu trudny problem i kontynuacja stosowania nauki i inżynierii pewnego dnia zwycięży — tak jak pomysłowość ludzkiego gatunku zwyciężyła w rozwoju Internetu, smartfona, mediów społecznościowych i Bitcoina, z czytelnikiem pozostawionym do decyzji, które z nich są pozytywnymi rozwojami. Drugie zaś, że rozwój CRQC może być niemożliwy lub pozostanie wiecznie poza zasięgiem ludzkości.

Black zachęca do rozważenia, co oznaczałoby istnienie CRQC: maszyna musiałaby reprezentować w swojej superpozycji pole możliwości o rozmiarze takim jak złożoność problemu kryptograficznego do rozwiązania. Aby złamać 128-bitowe bezpieczeństwo dyskretnego logarytmu krzywej eliptycznej na krzywej secp256k1 Bitcoina, superpozycja kwantowa musiałaby reprezentować wszystkie możliwe wartości 128-bitowej liczby. W komputerach klasycznych reprezentowanie wszystkich takich wartości wymagałoby więcej pamięci komputerowej — o wiele rzędów wielkości — niż ludzkość kiedykolwiek wyprodukowała.

Esesj dalej argumentuje, że jeśli istnieje choćby najmniejsza ziarnistość superpozycji kwantowej — to znaczy, jeśli superpozycja nie jest doskonale ciągła na wszystkich możliwych wartościach — to komputer kwantowy nigdy nie stanie się kryptograficznie istotny. Podobnie, jeśli energia wymagana do utrzymania superpozycji skaluje się z złożonością reprezentowanego pola, to komputer kwantowy nigdy nie stanie się kryptograficznie istotny. Współczesne rozumienie fizyki kwantowej, jak zauważa Black, nie wyklucza żadnej z tych możliwości.

Wniosek: Bitcoin nie może odpoczywać

Pomimo wszystkiego powyższego, esesj konkluduje, że rozwój Bitcoina w kierunku nowych algorytmów kryptograficznych musi trwać. Podczas gdy atak kwantowy na kryptografię Bitcoina nie jest w żadnym razie nieuchronny, jest całkowicie możliwe, że inna słabość mogłaby zostać znaleziona innymi środkami. Wiadomo, że pewne krzywe eliptyczne wykazały słabości, a secp256k1 może być następna.

Zadeklarowanym benchmarkiem artykułu do ponownego rozważenia kwestii kwantowej jest zatem konkretny postęp, a nie finansowanie czy odosobnione ogłoszenia: powtarzające się iteracje tej samej technologii kandydackiej musiałyby produkować coraz bardziej zdolnezenia i znaczące obliczenia wykraczające poza możliwości uzdolnionego dziecka. Równolegle prace Bitcoina nad alternatywnymi algorytmami kryptograficznymi pozostają aktualne niezależnie od tego, czy CRQC kiedykolwiek powstanie.

Bitcoin przetrwał tak długo, jak długo przetrwał, ponieważ ataki na system go umocniły, argumentuje esesj, i to będzie prawdą również wtedy, gdy atak FUD kwantowy będzie trwał. Rozwój P2MR lub P2TRv2, SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA i więcej postkwantowych schematów podpisu ostatecznie doprowadzi do poprawy odporności Bitcoina w obliczu przyszłych ataków — nawet jeśli rzeczywisty CRQC nigdy nie powstanie.

Ten tekst ukazuje się w najnowszym wydaniu drukowanym Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, i jest udostępniany jako wczesny rzut oka na idee poruszane w całym wydaniu. Wpis po raz pierwszy pojawił się na Bitcoin Magazine i został napisany przez Brandona Blacka.