Kvantové počítače mohou způsobit bezprecedentní narušení v dobrém i špatném smyslu, od prolomení šifrování, které zabezpečuje naše data, až po vyřešení některých nejneřešitelnějších hádanek chemie. Nový výzkum nám dal více jasnosti ohledně toho, kdy by k tomu mohlo dojít.
Moderní šifrovací schémata spoléhají na ďábelsky obtížné matematické problémy, jejichž rozluštění by i těm největším superpočítačům trvalo staletí. Ale jedinečné schopnosti kvantového počítače znamenají, že při dostatečné velikosti a výkonu se tyto problémy stanou jednoduchými, takže dnešní šifrování je zbytečné.
To je velký problém pro kybernetickou bezpečnost a také to představuje velkou výzvu pro kryptoměny, které používají kryptografické klíče k zabezpečení transakcí. Pokud by někdo dokázal prolomit základní šifrovací schéma používané například bitcoiny, byl by schopen zfalšovat tyto klíče a pozměnit transakce za účelem krádeže mincí nebo provádění jiné podvodné činnosti.
To by vyžadovalo mnohem větší kvantové počítače, než jaké máme dnes, ale jak přesně velké, není jasné. Nový článek v AVS Quantum Science od výzkumníků z britského startupu Universal Quantum zjistil, že k prolomení bitcoinu by byl zapotřebí stroj s 317 miliony až 1,9 miliardami qubitů.
Rozsah qubitů je široký, protože existuje variabilní okno, ve kterém jsou transakce zranitelné. To je doba, kdy čekají na zpracování, což obvykle trvá deset minut až hodinu. Kvantový počítač na spodním konci této škály by byl schopen vybrat některé transakce, ale pouze 1,9 miliardy qubitů by zaručilo, že se můžete zaměřit na všechny z nich. Někdy transakce mohou trvat i jeden den, v takovém případě výzkumníci vypočítali, že budete potřebovat pouze 13 milionů.
Je důležité si uvědomit, že tato čísla se týkají konkrétního druhu kvantového počítače. Věci jako to, jak dlouho trvá provedení jedné operace nebo kolik chyb se vloudí do výpočtů, se mohou výrazně lišit v závislosti na konkrétním typu hardwaru použitého k sestavení kvantového počítače a tyto faktory mohou mít velký vliv na počet požadovaných qubitů. .
Aby to vědci obešli, vytvořili nástroj, který zohledňuje tyto hardwarové charakteristiky při výpočtu toho, jak velké zařízení bylo potřeba pro konkrétní problém. Výše uvedená čísla se týkají stroje s provozní dobou jedna mikrosekunda, což je typické pro supravodivé kvantové počítače vyráběné společnostmi Google a IBM.
Zachycená iontová zařízení, upřednostňovaná společnostmi Universal Quantum, IonQ a Honeywell, mají provozní dobu blíž k 235 mikrosekundám. Pro ty, kteří se spoléhají na křemíkové qubity, se časy mohou plížit až do milisekund, což může výrazně zvýšit počet požadovaných qubitů.
Výzkumníci také zkoumali další problém, kdy se očekává, že kvantové počítače vyfouknou z vody ty konvenční: simulace molekul. Obrovská složitost výpočtu interakcí mezi i malým počtem částic znamená, že většina chemického modelování se spoléhá na aproximace, a dokonce i ty vyžadují superpočítače. Ale kvantové počítače se řídí stejnými pravidly jako atomy a molekuly, a tak by vzhledem k dostatku qubitů měly být schopny provádět přesné simulace v rozumných časových rámcích.
Slibným cílem pro takové modelování je molekula FeMoco, kterou některé rostliny a mikroorganismy používají k fixaci dusíku ze vzduchu. Pochopení toho, jak to funguje, by mohlo vést k masivnímu nárůstu efektivity ve výrobě hnojiv, což je průmysl, který v současnosti využívá dvě procenta globálních dodávek energie.
Konvenční počítače nejsou schopny molekulu simulovat, ale vědci zjistili, že supravodivé zařízení by mohlo vyřešit výpočty za 10 dní s použitím pouhých 7,5 milionu qubitů. Při použití stejného počtu qubitů by zachycené iontové zařízení trvalo 2 450 dní, což pravděpodobně není praktické, ale můžete dosáhnout 10denního obratu se strojem s 600 miliony qubitů.
Specifický design, na který Universal Quantum cílí, má však v rukávu jeden trik. Supravodivé qubity mohou mluvit pouze přímo se svými sousedy a jakákoli komunikace na dlouhé vzdálenosti vyžaduje řetězy interakcí předávání zpráv, které mohou vysát mnoho operací. Naproti tomu zachycené iontové počítače jsou schopny fyzicky přenášet své qubity, aby jim umožnily přímou interakci na mnohem větší vzdálenosti.
To snižuje počet požadovaných operací, což by mělo zase snížit počet potřebných qubitů. Ještě důležitější je, že by to mohlo otevřít dveře novým schématům opravy chyb, která by mohla být podstatně účinnější než ta, která se používají na supravodivých zařízeních.
V každém případě výzkum naznačuje, že jak cracknutí bitcoinu, tak vyřešení fixace dusíku jsou pravděpodobně ještě daleko. A co je důležitější, ukazuje to, že škálovatelnost bude nesmírně důležitá pro kvantové počítače, zejména pro ty, které jsou založeny na zachycených iontech, které pravděpodobně potřebují podstatně více qubitů než jejich supravodivé konkurenty.
Image Credit: Darwin Laganzon z Pixabay
Hledáte způsoby, jak udržet náskok před tempem změn? Přehodnoťte, co je možné.Připojte se k vysoce kurátorované, exkluzivní kohortě 80 vedoucích pracovníků pro vlajkovou loď společnosti Singularity Executive Program (EP), pětidenní, plně pohlcující program transformace vedení, který narušuje stávající způsoby myšlení. Objevte nový způsob myšlení, sadu nástrojů a síť dalších futuristů, kteří se zavázali hledat řešení rychlého tempa změn ve světě. Kliknutím sem se dozvíte více a přihlaste se ještě dnes!
