ชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัมล่าสุดของ Google,“Willow,” ได้รับความสนใจอย่างมากจากชุมชนเทคโนโลยีทั่วโลก การพัฒนาที่ก้าวล้ํานี้ไม่เพียง แต่แสดงให้เห็นถึงความสําเร็จล่าสุดในการประมวลผลควอนตัม แต่ยังทําให้เกิดการอภิปรายที่สําคัญเกี่ยวกับผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อความปลอดภัยของบล็อกเชน รากฐานของการรักษาความปลอดภัยบล็อกเชนอยู่ในความท้าทายในการเข้ารหัสที่ซับซ้อน และความก้าวหน้าในการประมวลผลควอนตัมอาจเป็นภัยคุกคามต่อรากฐานนี้ บทความนี้เจาะลึกถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นของชิป "Willow" ของ Google เกี่ยวกับความปลอดภัยของบล็อกเชน

ศึกษาจากบล็อกเชนบนชิปควอนตัม “Willow” อย่างละเอียด

ตามรายงานทางเป็นทางการ [1], Google ได้เปิดตัวชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัมล่าสุดของตนที่ชื่อว่า "Willow" และประกาศความก้าวหน้าสองเรื่องสำคัญ:

1. ความก้าวหน้าในการแก้ไขข้อผิดพลาดในควอนตัม: \\
   ด้วยการเพิ่มจํานวนคิวบิต "Willow" ได้ลดอัตราข้อผิดพลาดลงอย่างมากโดยแก้ไขปัญหาสําคัญในการประมวลผลควอนตัมที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขมาเกือบ 30 ปี
2. ความเร็วในการคำนวณที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน: \
   “Willow” เสร็จสิ้นการคำนวณเบนช์มาร์คมาตรฐานภายในเวลาไม่เกินห้านาที โดยเปรียบเทียบกับหนึ่งในเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดของโลก จะต้องใช้เวลา1,025 ปีในการดำเนินการงานเดียวกัน - ระยะเวลาที่เกินกว่าอายุของจักรวาล

ลองแกะความสําเร็จเหล่านี้กัน สําหรับตอนนี้เราจะกันความก้าวหน้าครั้งแรกในการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมและมุ่งเน้นไปที่ที่สอง: ความเร็วในการคํานวณ หาก "วิลโลว์" สามารถทําได้ภายในห้านาทีสิ่งที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะใช้เวลา 1,025 ปีในการบรรลุมันนําเสนอการเปรียบเทียบที่โดดเด่นกับความท้าทายการเข้ารหัสแบบดั้งเดิม

ตัวอย่างเช่น พิจารณาเวลาที่ต้องใช้สำหรับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิคในการทดลองสุ่มคีย์การเข้ารหัส RSA-2048 ตามประมาณการของ John Preskill [2] คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในบ้านจะต้องใช้เวลาประมาณ 10¹⁶ ปีเพื่อที่จะทำลาย RSA-2048

มีความสามารถที่น่าตกใจของ “Willow” หากมันสามารถจัดการงานที่ใช้เวลาของ supercomputer 1,025 ปีเพียงแค่ 5 นาที อาจดูเหมือนเรื่องเล็กน้อยสำหรับมันที่จะแก้ปัญหาที่ต้องใช้เวลา 10¹⁶ ปี นี่หมายความว่าปัญหาการเข้ารหัสของตัวเลขในการแยกส่วนที่ RSA ถูกสร้างขึ้นบนแล้วไม่ปลอดภัย? โดยตรรกะเดียวกัน ปัญหา logarithm ทฤษฎีหยิบโค้ง บนเส้นทางวงรี ที่เป็นที่มุ่งหมายในการความปลอดภัยของ blockchain ได้ถูกแก้ไขอยู่แล้วหรือยัง? การคาดการณ์เหล่านี้บ่งชี้ถึงสถานการณ์ที่ความปลอดภัยของ blockchain อาจพังทลายได้ในทันที

แต่มันจริงหรือ

ลองศึกษาลึกๆ เกี่ยวกับผลกระทบจริงๆ ของพัฒนาการเหล่านี้สำหรับการเข้ารหัสและเทคโนโลยีบล็อกเชน (จะดำเนินการต่อ...)

คอมพิวเตอร์ควอนตัมชนิดใดที่ต้องการเพื่อทำลายกุญแจส่วนตัวบล็อกเชน?

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพทฤษฎีในการทำลายการท้าทายทางคริสตัลคลาสสิก เช่น การแยกตัวอักษรจำนวนเต็มและปัญหาลอการิทึมความลับซึ่งเป็นพื้นฐานของระบบการเข้ารหัสหลายระบบ แต่ระดับที่จำเป็นของความสามารถในการคำนวณควอนตัมเพื่อทำลายท้ายทางทางคริสตัลคลาสสิกเป็นอย่างไร? มาสำรวจดูผ่านตัวอย่างต่อไปนี้:

การแยกตัวประกอบจำนวนเต็มขนาดใหญ่จากคีย์สาธารณะ RSA-2048

การสืบทอดคีย์ส่วนตัวจากคีย์สาธารณะบนโครงสร้างทางเลือกเชิงเส้นเช่น Secp256k1, Secp256r1, หรือ Ed25519

สำหรับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิคทั้งสองงานนี้เป็นงานที่จำเป็นต้องใช้ความยากลำบากในการคำนวณ โดยอ้างอิงจากพารามิเตอร์ความปลอดภัยของตนเอง วิธีการเข้ารหัสเคอร์ฟอีลลิปติก (ECC) ยากกว่า RSA ในการเจาะระบบอย่างน้อย แต่งานวิจัยของ Martin et al. [3] แนะนำว่าสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมสถานการณ์จะกลับกัน: RSA ยากกว่า ECC อย่างเล็กน้อย ต่อความเรียบง่าย เราจะพิจารณาทั้งสองปัญหาให้มีความยากเท่ากันและให้ความสนใจในปัญหาที่สอง

บทบาทของ Secp256k1 และเส้นโค้งที่คล้ายกันในความปลอดภัยของบล็อกเชน

แบบโค้ดจุลภาคเช่น Secp256k1, Secp256r1 และ Ed25519 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบบล็อกเชน ปัญหาบันทึกสมการเลขยกกำลังซ้อน (DLP) ในเส้นโค้งเหลี่ยมเช่นนี้เป็นเส้นกระดูกหลักของความปลอดภัยของบล็อกเชน รวมถึงระบบเช่นบิตคอยน์ หากปัญหานี้ถูกแก้ไข ผู้โจมตีสามารถปลอมแปลงธุรกรรมในบล็อกเชนได้ตามต้องการ อย่างชัดเจนว่าความสามารถในการแก้ไข DLP ในเส้นโค้งเหลี่ยมจะกำหนดให้ความปลอดภัยของบล็อกเชนรอดอยู่

ความต้องการในการคำนวณควอนตัมสำหรับการแยก DLP

ตาม Martin et al. [3], การแก้ปัญหาลอการิทึมไม่ต่อเนื่องบนเส้นโค้งวงกลมที่กำหนดไว้บนเขต (พร้อมขนาดลำดับ nnn บิต) จำเป็นต้องใช้:

• ทรัพยากรควอนตัม:
  9n+2⌈log⁡2(n)⌉+109n + 2\lceil \log_2(n) \rceil + 109n+2⌈log2​(n)⌉+10 คิวบิตทางตรรกะ
• วงจรควอนตัม:
  448n3log⁡2(n)+4090n3448n^3\log_2(n) + 4090n^3448n3log2​(n)+4090n3 Toffoli gates in the quantum circuit.

ตัวอย่าง: การแตก NIST Standard Curve P-256

สำหรับเส้นโค้ง P-256 ที่ใช้ในระบบที่มีการเข้ารหัสหลายระบบ

• คิวบิตตรรกะ: จำเป็นต้องใช้คิวบิตตรรกะคุณภาพสูง 2,330 ตัวสำหรับการดำเนินการเกตควอนตัม
• Toffoli gates: จำเป็นต้องใช้ประมาณ 1.26×10111.26 \times 10^{11}1.26×1011 Toffoli gates เพื่อดำเนินการ Shor’s algorithm ให้เสร็จสิ้นอย่างสมบูรณ์

ผลกระทบต่อความปลอดภัยของบล็อกเชน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเพียง 2,330 คิวบิตต์ตรรกะและสามารถดำเนินการ Toffoli gate 1.26×10^{11} ครั้งเพียงพอที่จะทำลายระบบบล็อกเชน ความสามารถนี้จะทำให้ความปลอดภัยของ Bitcoin, Ethereum และเครือข่ายบล็อกเชนอื่น ๆ ที่พึ่งพา ECC สำหรับการป้องกันรหัสลับถูกยุบเสียหาย

ในขณะที่ความต้องการทรัพยากรเหล่านี้น่านท้ายยาก การก้าวหน้าที่รวดเร็วในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัม บ่งชี้ให้เห็นว่าการที่จะบรรลุความสามารถเช่นนี้อาจไม่ได้เป็นไปได้ในระยะยาว อย่างไรก็ตาม การประมาณปัจจุบันตั้งไว้ว่าการเข้าใจระบบควอนตัมเช่นนั้นจะเกิดขึ้นในอีก 15-20 ปีข้างหน้า ทำให้วงเงินอุตสาหกรรมบล็อกเชนมีหน้าต่างสำคัญที่จะพัฒนาและใช้งานกระจายที่มีความปลอดจากการโจมตีด้านควอนตัม

คีย์สู่คอมพิวเตอร์ควอนตัม: คิวบิตตรรกศาสตร์คุณภาพสูง

พลังคำนวณที่ไม่น่าเชื่อถือได้ของคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งเกินกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกอย่างมาก อยู่ในความสามารถของพวกเขาในการใช้ประโยชน์ควอนตัมซูเปอร์พอสิชันและควอนตัมพรรคดิบทางควอนตัมบิต (qubits). ในขณะที่การคำนวณแบบคลาสสิกใช้กระบวนการเชิงเส้น การคำนวณควอนตัมสามารถทำการคำนวณที่ซับซ้อนได้โดยการดำเนินการบนสถานะหลายรายการพร้อมกัน อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติที่เฉพาะเจาะจงของคิวบิตยังนำเสนอความท้าทายที่สำคัญ

คิวบิตมีความไวต่อเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมและการแทรกแซงจากภายนอกอย่างไร้ประสิทธิภาพ ทำให้สถานะของพวกเขาไม่เสถียรและมีโอกาสสูญเสียคุณสมบัติควอนตัมของพวกเขา (ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันว่า ไม่พบคำแปลสำหรับคำว่า decoherenceข้อผิดพลาดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกขั้นตอนของกระบวนการคอมพิวเตอร์ควอนตัม-ในขั้นตอนของการเริ่มต้นการทำงาน, การบำรุงรักษาสถานะ, การดำเนินการกับเกตตั้งควอนตัม, หรือการวัดผลลัพธ์ ข้อผิดพลาดเช่นนี้อาจทำให้อัลกอริทึมควอนตัมไม่เป็นประโยชน์หรือสร้างผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้ความมั่นคงและความแม่นยำของคิวบิตเพื่อให้ได้คิวบิตคุณภาพสูงเป็นหนึ่งในความท้าทายหลักในคอมพิวเตอร์ควอนตัม

การแก้ไขที่อยู่: คิวบิตตรรกะและการแก้ข้อผิดพลาด

หนึ่งในกลยุทธ์สำคัญในการเอาชนะความไม่เสถียรของคิวบิตคือการสร้างคิวบิตตรรกะ ซึ่งลดอัตราข้อผิดพลาดด้วยการรวมคิวบิตทางกายภาพหลายตัวด้วยรหัสการแก้ข้อผิดพลาดควอนตัม รหัสเหล่านี้ เช่น รหัสผิดพลาดพื้นผิวและรหัสคาร์เทเชียน ช่วยให้เกิดการตรวจจับและแก้ข้อผิดพลาด ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งและเชื่อถือได้ของระบบควอนตัม

ทุกคิวบิตตรรกะต้องใช้พื้นที่คิวบิตทางกายภาพที่จำนวนตั้งแต่หลายสิบถึงพันคิวบิตเพื่อรองรับ ในขณะที่คิวบิตตรรกะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรับมือกับข้อผิดพลาดในคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่มีค่าใช้จ่ายในเรื่องของความต้องการคิวบิตทางกายภาพที่มากขึ้นและอัลกอริทึมการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ซับซ้อน

ความท้าทายที่สําคัญในการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมได้กลายเป็นคอขวดที่สําคัญ นักวิจัยสันนิษฐานในขั้นต้นว่าการเสียสละคิวบิตทางกายภาพเพิ่มเติมจะช่วยปรับปรุงความแม่นยําของคิวบิตเชิงตรรกะ อย่างไรก็ตามความเป็นจริงได้พิสูจน์เป็นอย่างอื่น เนื่องจากอัตราข้อผิดพลาดที่สูงโดยเนื้อแท้ของคิวบิตทางกายภาพ (ตั้งแต่ 10⁻¹ ถึง 10⁻³) ความพยายามในการแก้ไขข้อผิดพลาดในช่วงต้นมักส่งผลให้คิวบิตเชิงตรรกะมีอัตราข้อผิดพลาดสูงกว่าคิวบิตทางกายภาพ

ความประหลาดใจนี้สามารถเปรียบเทียบกับสถานการณ์ทีมที่โดยสารกระแส: "มีคนมากขึ้น ความ混ว่ามากขึ้น" ในการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม คุณภาพต่ำของคิวบิตทางกายภาพ มักหมายความว่า กลไกการแก้ไขข้อผิดพลาดบ่อยครั้งทำให้เกิดข้อผิดพลาดมากขึ้นกว่าที่พวกเขากำจัด ปรากฏการณ์นี้ที่บ่งบอกถึง "การแก้ไขเกินไปสู่ความ混ว่า" ย้ำถึงความสำคัญของคิวบิตทางกายภาพคุณภาพสูงเป็นฐานสำคัญในการสร้างคิวบิตตรรกะที่เชื่อถือได้

โดยไม่มีล็อกิควิทต์แบบตรรกะคุณภาพสูง การคำนวณควอนตัมที่เป็นประโยชน์ยังคงอยู่ห่างเหินอยู่ การแก้ไขปัญหานี้ไม่เพียงแต่ต้องมีความก้าวหน้าในความเสถียรของคิวบิตทางกายภาพเท่านั้น แต่ยังต้องพัฒนาเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม การบรรลุเป้าหมายนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการปลดล็อกศักย์ความสามารถของคำนวณควอนตัมและเอาชนะข้อจำกัดปัจจุบันของมัน

Revisiting the Achievements of Quantum Chip “Willow”

มีความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับความท้าทายที่เกิดขึ้นรอบโลกที่เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม เราจึงสามารถทบทวนผลงานที่สำคัญของชิปควอนตัม “Willow” ของ Google อีกครั้ง

หนึ่งในประเด็นที่สำคัญที่สุดของ “Willow” คือความสามารถในการเอาชนะอุปสรรคทางด้านการแก้ไขข้อผิดพลาดในควอนตัมโดยใช้รหัสผิดพลาดผิว [4][5] โดยการเพิ่มจำนวนคิวบิตและปรับแต่งเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาด “Willow” ได้ทำให้เกิดเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์: การแก้ไขข้อผิดพลาดจากกระบวนการทำกำไรเป็นกระบวนการสร้างกำไร

ประสิทธิภาพของรหัสผิดพลาด

นอกจากนี้ “ชิป Willow” ได้ทำการคำนวณเบนช์มาร์ก RCS (Random Circuit Sampling) ในเวลาน้อยกว่าห้านาที RCS เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการประเมินประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องระบุว่าช่องว่างที่น่าประทับใจระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมและคอมพิวเตอร์ซูเปอร์คลาสสิกในการทดสอบนี้เกิดขึ้นบางส่วนจากความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการคำนวณทางควอนตัมและคลาสสิก หากต้องการเข้าใจดีขึ้นเราสามารถใช้การเปรียบเทียบไม่สมบูรณ์: เปรียบเทียบ "ความเร็วของดาวเทียมในอวกาศ" กับ "ความเร็วของรถบนพื้น"

นอกจากนี้ยังควรเน้นว่า RCS ยังขาดแคลนฉากใช้งานจริง ๆ และใช้เป็นเครื่องมือประเมินประสิทธิภาพโดยส่วนใหญ่

เมื่อไหร่ "วิลโลว์" จะเอาชนะความท้าทายในการเข้ารหัสทางคลาสสิค?

Google Quantum Computing Roadmap

แผนภาพข้างต้นแสดงถึงหกขั้นตอนของแผนการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google โดยเน้นทางที่สำคัญจากการบุกรุกทดลองจนถึงการประยุกต์ใช้ในขอบเขตขนาดใหญ่

ขั้นที่ 1 (2019):

การใช้โปรเซสเซอร์ Sycamore, ทีมได้สาธิตการคำนวณควอนตัมที่เหนือกว่าการคำนวณคลาสสิค ในเพียง 200 วินาที โปรเซสเซอร์เสร็จสิ้นงานที่จะใช้เวลา 10,000 ปีของคอมพิวเตอร์ซุปเปอร์คลาสสิคเดิม ซึ่งจะเป็นการก่อตัวของควอนตัมที่ยิ่งใหญ่ จุดมุ่งหมายของขั้นนี้ถูกบรรลุด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีพิกัลคิวบิตที่จริง 54 ตัว

ระยะที่ 2 (2024):

เดอะWillow chipถูกใช้เพื่อสาธิตต้นแบบแรกของคิวบิตตรรกะ พิสูจน์ว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดทางควอนตัมสามารถลดอัตราข้อผิดพลาดได้ การฟื้นฟูนี้เป็นการเปิดทางสู่การสร้างคอมพิวเตอร์โควันตัมขนาดใหญ่เชิงปฏิบัติและเปิดโอกาสสำหรับการประยุกต์ใช้ควอนตัมในระดับกลางระยะใกล้ชิด (NISQ) ในอนาคตใกล้เคียง วัตถุประสงค์ของขั้นตอนนี้ก็ถูกรับรู้เช่นเดียวกัน โดยคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้เรียกได้ถึงคิวบิตตัวกายภาพ 105 และอัตราข้อผิดพลาดของคิวบิตตรรกะอยู่ที่ 10−310^{-3}10−3

ขั้นตอนที่ 3:

เป้าหมายคือการสร้างคิวบิตตั้งตัวที่มีอาการผิดพลาดน้อยกว่าหนึ่งในล้านครั้ง การบรรลุเป้าหมายนี้ต้องการการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมที่แข็งแกร่งกว่าและโครงสร้างฮาร์ดแวร์ที่มีขนาดขยายได้ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในขณะนี้มีควอนตัมที่มีอาการผิดพลาดทางกายภาพ 10310^3103 คิวบิตตัวอย่างแท้ ๆ ที่อัตราข้อผิดพลาดควอนตัมลดลงเป็น 10−610^{-6}10−6.

ข้ฮ้า 4:

การเชื่อมโยงเปลี่ยนเป็นการบังคับให้บัญชีโควันตัมตัวเลขต่ำของการดำเนินการประตูควอนตัมที่มีข้อผิดพลาดต่ำ การควบคุมควอนตัมคาดว่าจะมีพิกัดกายภาพ 10410^4104 พิกัดพื้นที่ในขณะที่ยังคงมีอัตราข้อผิดพลาดของคิวบิตตัวเลขต่ำกว่า 10−610^{-6}10−6

ขั้นตอนที่ 5:

ระบบจะขยายตัวไปสู่ 100 คิวบิตตรรกะและบรรจุการดำเนินการเกตที่แม่นยำสูง ปลดล็อคการปฏิบัติของควอนตัมที่มีข้อบกพร่องมากกว่าสามโปรแกรม คอมพิวเตอร์ควอนตัมคาดว่าจะมีคิวบิตกาจระตัวทางกายภายใน 10510^5105 คิวบิต โดยอัตราความผิดพลาดของคิวบิตตรรกะจะอยู่ที่ 10−610^{-6}10−6

ระยะที่ 6:

เป้าหมายสุดท้ายคือการควบคุมและเชื่อมต่อคิวบิต 1 ล้านตัวเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด ระบบนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อนำไปใช้ในกลุ่มกว้างของสาขา เช่น การแพทย์และเทคโนโลยีที่ยั่งยืน ด้วยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควอนตัมในสาขาต่าง ๆ มีมากกว่า 10 ประยุกต์ที่เปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมต่าง ๆ คอมพิวเตอร์ควอนตัมในขั้นตอนนี้จะมี 10610^6106 คิวบิตทางกายภาพ โดยอัตราข้อผิดพลาดของคิวบิตตัวตรรกะจะลดลงเหลือ 10−1310^{-13}10−13

เหมือนกับที่ได้พูดถึงไว้ก่อนหน้านี้ การแก้ปัญหาทางคริปโตกราฟที่พบบ่อยในบล็อกเชน เช่น ปัญหาการล็อกคณิตแบบโค้งวงกลมไม่ต่อเนื่องต้องใช้ประมาณ 2,330 คิวบิตต์ทางตรรกะคุณภาพสูงและวงจรควอนตัมที่มีจำนวน 1.26×10^11 วงจร Toffoli คำ คิวบิตทางตรรกะพฤติกรรมขึ้นอยู่กับการแก้ไขข้อผิดพลาดในระดับควอนตัม โดยทั่วไปแล้วคิวบิตทางตรรกะแต่ละตัวจะต้องใช้คิวบิตทางกายภาพหลายตัวเพื่อรองรับ ตัวอย่างเช่นชิป Willow ใช้ระยะรหัส 7 ต้องใช้ 72 = 497^2 = 4972 = 49 คิวบิตทางกายภาพต่อคิวบิตทางตรรกะ ทั้งหมดประมาณ 114,170 คิวบิตทางกายภาพ

อย่างไรก็ตามการประมาณการนี้มองโลกในแง่ดี เมื่อขนาดและความลึกของการดําเนินการควอนตัมเพิ่มขึ้นข้อกําหนดที่เข้มงวดขึ้นสําหรับอัตราข้อผิดพลาดคิวบิตเชิงตรรกะจะปรากฏขึ้น ปัจจุบันอัตราข้อผิดพลาดคิวบิตเชิงตรรกะของวิลโลว์อยู่ที่ประมาณ 10−310^{-3}10−3 ซึ่งห่างไกลจากระดับที่จําเป็นในการแก้ปัญหาดังกล่าว ตามที่ Craig et al. [6] การแก้ปัญหา RSA-2048 ซึ่งมีความซับซ้อนคล้ายกับปัญหาลอการิทึมแบบไม่ต่อเนื่องของเส้นโค้งวงรีต้องใช้อัตราข้อผิดพลาดคิวบิตเชิงตรรกะที่ 10−1510^{-15}10−15 และระยะห่างของรหัสอย่างน้อย 27 ซึ่งหมายความว่าแต่ละคิวบิตเชิงตรรกะจะต้องใช้ 272=72927^2 = 729272=729 คิวบิตทางกายภาพ รวมกว่า 1,698,570 คิวบิตทางกายภาพ นอกจากนี้ อัตราข้อผิดพลาดคิวบิตเชิงตรรกะที่ต้องการที่ 10−1510^{-15}10−15 ไม่เพียงแต่ต่ํากว่า 10−310^{-3}10−3 ของวิลโลว์เท่านั้น แต่ยังต่ํากว่าอัตราข้อผิดพลาดคิวบิตเชิงตรรกะที่คาดการณ์ไว้สําหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในแผนงานขั้นที่ 6 ของ Google อีกด้วย

ตามแผนพัฒนาของ Google จะเป็นไปได้เท่านั้นที่จะสามารถจัดการกับปัญหาลอการิทึกเชิงวงกลมได้เมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้รับการพัฒนาขึ้นเป็นขั้นตอนที่ 6 การบรรลุเป้าหมายนี้จะต้องใช้ความคืบหน้าที่สำคัญในคุณภาพคิวบิตตัวตรรกะ พร้อมกับการจัดการและการแก้ไขข้อผิดพลาดของจำนวนมหาศาลของพิกัดทางกายภาพอย่างมีประสิทธิภาพ

ในกรณีที่มีช่วงเวลา 5 ปีระหว่างช่วง 1 และ 2 และมีความคืบหน้าที่มั่นคง โครงการ "Willow" จะใช้เวลาประมาณ 15-20 ปีเพื่อเอาชนะความท้าทายในด้านการเข้ารหัสคลาสสิก แม้ว่าจะมีการมองเห็นที่ดี ก็ต้องใช้เวลาอย่างน้อย 10 ปีเพื่อเรียนรู้ระดับที่ต้องการ

ความปลอดภัยของบล็อกเชนในอนาคต

เมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีพลังการคํานวณที่เพียงพอพวกเขาจะสามารถใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบที่ไม่สมมาตรเพื่อประนีประนอมกลไกความปลอดภัยหลักของสกุลเงินดิจิทัลได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งรวมถึงการขโมยคีย์ส่วนตัวของผู้ใช้และเข้าควบคุมทรัพย์สินของพวกเขา ในสถานการณ์เช่นนี้เครือข่ายสกุลเงินดิจิทัลที่มีอยู่จะเผชิญกับการล่มสลายของระบบทําให้สินทรัพย์ของผู้ใช้ไม่มีการป้องกัน

ในปัจจุบัน ชิปควอนตัมของ Google ชื่อ Willow ยังอยู่ในช่วงต้นของการวิจัยคอมพิวเตอร์ควอนตัมและยังไม่สามารถแก้ไขปัญหาทางคริปโทกราฟิก เช่น การแยกตัวเลขจำนวนใหญ่และการล็อกอาร์กิลบูรณาการโค้ด ดังนั้น มันยังไม่เป็นอุปสรรคจริงต่อความปลอดภัยของบล็อกเชน การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้อย่างแท้จริง ต้องเผชิญหน้ากับความท้าทายทางเทคนิคหลายอย่าง จึงทำให้เป็นการเดินทางที่ยาวนานและเคร่งเครียด

ในขณะที่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังไม่ได้คุกคามสินทรัพย์ที่เข้ารหัสโดยตรง แต่การพัฒนาอย่างรวดเร็วไม่สามารถละเลยได้ ตามการคาดการณ์ตามแนวโน้มทางเทคโนโลยีในปัจจุบันคอมพิวเตอร์ควอนตัมคาดว่าจะเอาชนะคอขวดทางเทคนิคที่สําคัญหลายประการภายในทศวรรษหน้าค่อยๆเข้าใกล้จุดวิกฤติที่พวกเขาสามารถคุกคามการเข้ารหัสแบบดั้งเดิม ชุมชนบล็อกเชนต้องวางแผนเชิงรุกและเตรียมพร้อมที่จะจัดการกับผลกระทบทางเทคโนโลยีของยุคควอนตัม เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและเสถียรภาพในระยะยาวของระบบบล็อกเชนมาตรการสําคัญสามประการมีความสําคัญ:

1. การส่งเสริมการวิจัยและมาตรฐานของอัลกอริทึมที่ต้านทานควอนตัม

มีความสำคัญที่จะส่งเสริมการวิจัยในด้านการเข้ารหัสที่ต้านทานควอนตัม เช่น อัลกอริทึมที่ใช้กริดเชิงปริภูมิ และสนับสนุนในการใช้มาตรฐานของพวกเขาในระดับโลก นี้เป็นความสำคัญอันดับแรกในการจัดการกับความเสี่ยงจากควอนตัมและเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความปลอดภัยในอนาคตของเทคโนโลยีบล็อกเชน

1. ดำเนินการใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสที่ต้านทานควอนตัมได้อย่างรุนแรง

ควรให้ความสำคัญกับการสร้างพื้นฐานทางเทคนิคที่แข็งแกร่งสำหรับระบบการเชื่อมต่อบล็อกเชนเพื่อให้มีความปลอดภัยในระยะยาว นี้จะทำให้ระบบสามารถตอบสนองต่อความเสี่ยงจากควอนตัมได้อย่างมีประสิทธิภาพและรักษาการดำเนินการได้อย่างมั่นคง

1. สำรวจศักยภาพนวัตกรรมของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ชุมชนบล็อกเชนยังควรสำรวจศักยภาพในการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม เช่น การปรับปรุงการคำนวณ on-chain, การเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดทรัพยากร และการเสริมความเป็นส่วนตัว นวัตกรรมเหล่านี้สามารถเพิ่มเสถียรภาพใหม่ให้กับเทคโนโลยีบล็อกเชน

แม้ว่าการใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แพร่หลายอย่างแท้จริงยังไม่เกิดขึ้น แต่ความเป็นจริงที่จะมาถึงในอนาคตนั้นเป็นเรื่องที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ภายในบริบทนี้แนวคิดรักษาความปลอดภัยของบล็อกเชนที่พื้นฐานอยู่บนการเข้ารหัสแบบดั้งเดิมจะถูกแทนที่โดยการรับประกันความปลอดภัยที่มีรากฐานอยู่ในการเข้ารหัสต้านทานควอนตัมส์เอ็นกริพต์

บริษัทเช่น Safeheron ได้เริ่มร่วมมือกับสถาบันการศึกษาเพื่อสำรวจอัลกอริทึมที่ต้านทานทางควอนตัมอย่างเต็มความสามารถและเป็นการธนาคารสำรองทางเทคโนโลยีสำหรับความปลอดภัยของสินทรัพย์ดิจิทัลอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ระบบบล็อกเชนได้เริ่มเห็นการรวมต่อสายพันธุ์ของอัลกอริทึมที่ต้านทานทางควอนตัมซึ่งเป็นแนวโน้มการคิดที่ล้มเหลวซึ่งลดลงความกังวลอย่างเหมาะสม

การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่เพียงแต่นำมาซึ่งความท้าทายด้านความปลอดภัยสำหรับเทคโนโลยีบล็อกเชน แต่ยังให้โอกาสสำหรับการก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการเพิ่มประสิทธิภาพ โดยการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อย่างใ主动และยอมรับการเปลี่ยนแปลง บล็อกเชนเทคโนโลยีสามารถเติบโตขึ้นในช่วงความคิดสร้างสรรค์และความสามารถในอนาคตได้อย่างยั่งยืน

References

[1] พบ Willow, ชิปควอนตัมขั้นสูงของเรา
[2]John Preskill – Introduction to Quantum Information (Part 1) – CSSQI 2012
[3]การประเมินทรัพยากรควอนตัมสำหรับการคำนวณลอการิทึกเชิงเส้นของเลขคณิตที่เป็นวงวนสำหรับคอมพิวเตอร์
[4] การปรับความผิดพลาดของควอนตัมโดยการขยายโค้ดพื้นผิวของคิวบิตตัวอักษร
[5] การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมต่ำกว่าค่าเกณฑ์รหัสผ่าน
[6]วิธีแยกตัวประกอบจำนวนเต็ม RSA 2048 บิตในเวลา 8 ชั่วโมงโดยใช้คิวบิตกว่า 20 ล้านบิต
[7]แผนที่การคำนวณควอนตัมของ Google

คำปฏิเสธ:

1. บทความนี้ถูกเลียนแบบมาจาก [Safeheron]. ลิขสิทธิ์เป็นของผู้เขียนต้นฉบับ [Max He]. หากคุณมีข้อคัดค้านในการพิมพ์ซ้ําโปรดติดต่อ เกตเรียนทีมจะดูแลให้เร็วที่สุดตามขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง
2. คำเตือน: มุมมองและความคิดเห็นที่แสดงในบทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้นและไม่เป็นที่เป็นที่ปรึกษาการลงทุนใด ๆ
3. เวอร์ชันภาษาอื่น ๆ ของบทความถูกแปลโดยทีม Gate Learn ยกเว้นที่ระบุไว้เป็นอย่างอื่น บทความที่ถูกแปลอาจไม่สามารถคัดลอก กระจายหรือลอกเลียนแบบได้