小心比特幣：加州理工學院表示，能破解密碼學的量子電腦可能比預期更早到來

根據加州理工學院的最新研究，能夠破解現代密碼學的量子電腦所需的量子位元數量可能遠少於先前的預期。

在週一發表的研究中,Caltech 與位於 Pasadena 的 Oratomic（一家由 Caltech 研究人員創立的量子計算新創公司）合作,開發了一種新的中性原子系統,其中單個原子被雷射捕獲和控制以充當量子位元。這樣做可以讓容錯量子電腦運行 Shor 演算法,該演算法可以從 Bitcoin 橢圓曲線密碼學中使用的公鑰推導出私鑰,只需少至 10,000 個可重新配置的原子量子位元。

Oratomic 聯合創辦人兼執行長 Dolev Bluvstein（Caltech 物理學客座副研究員）表示,量子計算的進展正在加速實用機器的時間表,並增加了遷移到抗量子密碼學的壓力。

「人們習慣了量子電腦總是還有 10 年才會實現,」Bluvstein 告訴 Decrypt。「但當你回顧十多年前,對 Shor 演算法所需資源的最佳估計是 10 億個量子位元,而當時我們在實驗室擁有的最佳系統大約只有 5 個量子位元。」

現今最常見的錯誤修正系統通常需要約 1,000 個物理量子位元才能創建一個可靠的邏輯量子位元,即用於執行計算的錯誤修正單元。這種開銷促使實用容錯系統的估計值推進到百萬量子位元範圍,減緩了能夠運行可能威脅 Bitcoin 和 Ethereum 使用的 RSA 和橢圓曲線密碼學演算法的機器的進展。

Bluvstein 指出,目前的實驗室系統已經接近（在某些情況下超過）6,000 個物理量子位元。換句話說,密碼學風險可能比專家先前預期的要早得多。

「你可以真正看到系統規模和可控性隨著時間增加,而所需的系統規模下降,」他說。

9 月,Caltech 研究人員揭示了一台運行 6,100 個量子位元的中性原子量子電腦,準確率達 99.98%,相干時間為 13 秒。這是朝向錯誤修正量子機器邁進的里程碑,同時也重新引發了對 Shor 演算法對 Bitcoin 未來威脅的擔憂。

這種威脅促使各國政府和科技公司開始遷移到後量子密碼學,或者說設計用於抵禦量子攻擊的加密技術。然而,研究人員警告說,仍存在重大的工程挑戰,包括在保持極低錯誤率的同時擴展量子系統。

「僅僅擁有 10,000 個物理量子位元可能在一年內就會發生,」Bluvstein 說。「但這真的不是人們認為的目標。這不像設計電腦時,你只需將電晶體放在晶片上,洗洗手就說完成了。實際上去建造其中一台是一項極其複雜的任務。」

儘管如此,Bluvstein 表示,實用的量子電腦可能在這個十年結束前出現。

這個消息傳出之際,Google 研究人員週二報告了新發現,表明未來的量子電腦可能用比先前認為的更少資源破解橢圓曲線密碼學。這增加了在此類機器變得可行之前過渡到後量子密碼學的迫切性。

儘管加密貨幣產業已越來越多地開始關注量子風險,Bluvstein 表示,這種風險遠遠超出區塊鏈網路,並需要在現代數位世界的大部分領域進行變革。

「我認為是整個世界的數位基礎設施。不僅僅是區塊鏈。還有物聯網設備、網路通訊、路由器、衛星,」他說。「它涵蓋了整個全球數位基礎設施,而且很複雜。」