Isang simpleng paliwanag kung ano talaga ang quantum computing, at kung bakit ito nakakatakot para sa Bitcoin

Ngayong linggo, naglathala ang Google ng isang papel na naglalarawan kung paano maaaring teoretikal na makakuha ng Bitcoin private key ang isang quantum computer. 9 na minuto, na may mga implikasyon na umaabot sa Ethereum, iba pang mga token, pribadong pagbabangko, at posibleng lahat ng bagay sa mundo.

Madaling mapagkamalang mas mabilis na bersyon ng isang regular na kompyuter ang quantum computing. Ngunit hindi ito isang mas malakas na chip o isang mas malaking server FARM. Ito ay isang pundamental na kakaibang uri ng makina, na naiiba sa antas ng ATOM mismo.

Ang isang quantum computer ay nagsisimula sa isang napakalamig at napakaliit na loop ng metal kung saan ang mga particle ay nagsisimulang kumilos sa mga paraang hindi nila kikilos sa ilalim ng normal na mga kondisyon sa Earth, mga paraan na nagbabago sa kung ano ang iniisip natin bilang mga pangunahing tuntunin ng pisika.

Ang pag-unawa sa pisikal na kahulugan nito ang siyang pagkakaiba sa pagitan ng pagbabasa tungkol sa banta ng quantum at aktwal na pag-unawa rito.

Paano talaga gumagana ang mga kompyuter at mga quantum computer

Ang mga regular na kompyuter ay nag-iimbak ng impormasyon bilang mga bit — bawat isa ay maaaring 0 o 1. Ang BIT ay isang maliit na switch. Sa pisikal na aspeto, ito ay isang transistor sa isang "chip" — isang mikroskopikong gate na maaaring magpadaan ng kuryente sa (1) o T (0).

Bawat larawan, bawat transaksyon sa Bitcoin , bawat salitang na-type mo ay nakaimbak bilang mga pattern ng mga switch na ito na naka-on o naka-off. Walang misteryo sa isang BIT; ito ay isang pisikal na bagay sa ONE sa dalawang tiyak na estado.

Ang bawat kalkulasyon ay parang mabilis na pagpapalit-palit ng mga 0 at 1 na ito. Ang isang modernong chip ay kayang gumawa ng bilyun-bilyong ganito kada segundo, ngunit ginagawa pa rin nito ang mga ito ONE , nang sunod-sunod.

Ang mga quantum computer ay gumagamit ng tinatawag na qubits sa halip na bits. Ang isang qubit ay maaaring 0, 1, o — at ito ang kakaibang bahagi — pareho nang sabay!

Posible ito dahil ang qubit ay isang ganap na kakaibang uri ng pisikal na bagay. Ang pinakakaraniwang bersyon, at ang ginagamit ng Google, ay isang maliit na loop ng superconducting metal na pinalamig sa humigit-kumulang 0.015 degrees na mas mataas sa absolute zero, mas malamig kaysa sa kalawakan ngunit dito sa Earth.

Sa temperaturang iyon, ang kuryente ay dumadaloy sa loop nang walang anumang resistensya, at ang kasalukuyang ay sinasabing umiiral sa isang quantum state.

Sa superconducting loop, ang kuryente ay maaaring FLOW nang pakanan (tawagin itong 0) o pakaliwa (tawagin itong 1). Ngunit sa mga quantum scale, ang kuryente ay hindi kailangang pumili ng ONE direksyon at aktwal na dumadaloy sa parehong direksyon nang sabay-sabay.

T itong ipagkamali sa mabilis na paglipat sa pagitan ng dalawa. Ang kuryente ay nasusukat, eksperimental, at napapatunayan nang sabay-sabay sa parehong estado.

Pisika na nakakapagpabago ng isip

Sa ngayon, ano ang masasabi mo? Magaling, dahil dito talaga nagiging kakaiba, dahil ang pisika sa likod ng kung paano ito gumagana ay T agad madaling maunawaan, at hindi dapat ganoon.

Lahat ng bagay na nakakasalamuha ng isang tao sa pang-araw-araw na buhay ay sumusunod sa klasikal na pisika, na nagpapalagay na ang mga bagay ay nasa ONE lugar sa ONE pagkakataon. Ngunit ang mga partikulo ay hindi kumikilos nang ganito sa subatomic scale.

Ang isang elektron ay walang tiyak na posisyon hangga't hindi mo ito tinitingnan. Ang isang photon ay walang tiyak na polarisasyon hangga't hindi mo ito sinusukat. Ang kuryente sa isang superconducting loop ay hindi FLOW sa isang tiyak na direksyon hangga't hindi mo ito pinipilit na tumungo.

Ang dahilan kung bakit T natin ito nararanasan sa pang-araw-araw na buhay ay ang decoherence. Kapag ang isang quantum system ay nakikipag-ugnayan sa kapaligiran nito, mga molekula ng hangin, init, mga vibration at liwanag, ang superposition ay halos agad na gumuguho.

Hindi maaaring nasa dalawang lugar nang sabay-sabay ang isang football dahil nakikipag-ugnayan ito sa trilyong molekula ng hangin, alikabok, tunog, init, grabidad, ETC., bawat nanosegundo. Ngunit ihiwalay ang isang maliit na kuryente sa isang halos-absolute-zero na vacuum, protektahan ito mula sa bawat posibleng kaguluhan, at ang quantum behavior ay mabubuhay nang sapat na katagalan upang makalkula.

Kaya naman napakahirap buuin ang mga quantum computer. Gumagawa ang mga tao ng mga pisikal na kapaligiran kung saan ang mga batas ng pisika na karaniwang pumipigil sa mga bagay na ito na mangyari ay pinipigilan nang sapat na katagalan upang makapagpatakbo ng isang kalkulasyon.

Ang mga makina ng Google ay gumagana sa mga dilution refrigerator na kasinlaki ng malalaking silid, mas malamig kaysa sa anumang bagay sa natural na uniberso, napapalibutan ng mga patong ng panangga laban sa electromagnetic noise, vibration, at thermal radiation.

At ang mga qubit ay marupokkahit na noonPalagi nilang nawawala ang kanilang quantum state, kaya naman nangingibabaw ang "error correction" sa bawat usapan tungkol sa scaling up.

Kaya ang quantum computing ay hindi isang mas mabilis na bersyon ng classical computing. Ginagamit nito ang ibang hanay ng mga pisikal na batas na nalalapat lamang sa napakaliit na antas, napakababang temperatura, at napakaikling panahon.

Ngayon, patungan mo iyan.

Ang dalawang regular na bit ay maaaring nasa ONE sa apat na estado (00, 01, 10, 11), ngunit ONE lamang sa bawat pagkakataon (dahil ang kuryente ay dumadaloy sa ONE direksyon lamang). Ang dalawang qubit ay maaaring kumatawan sa lahat ng apat na estado nang sabay-sabay, dahil ang kuryente ay dumadaloy sa lahat ng direksyon nang sabay-sabay.

Tatlong qubit ang kumakatawan sa walong estado. Sampung qubit ang kumakatawan sa 1,024. Limampung qubit ang kumakatawan sa mahigit isang quadrillion. Dumodoble ang bilang sa bawat qubit na idinaragdag, kaya naman napaka-exponential ng scaling.

Ang pangalawang trick ay isang bagay na tinatawag na entanglement. Kapag ang dalawang qubit ay nagkabuhol-buhol, ang pagsukat sa ONE ay agad na nagsasabi sa isang tagamasid ng isang bagay tungkol sa isa pa, gaano man kalayo ang mga ito. Nagbibigay-daan ito sa isang quantum computer na mag-coordinate sa lahat ng sabay-sabay na estado sa paraang hindi magagawa ng regular na parallel computing.

At ang mga quantum computer na ito ay nakaayos upang ang mga maling sagot ay magkakansela sa isa't isa (tulad ng magkakapatong WAVES na nagpapatag) at ang mga tamang sagot ay magpapalakas sa isa't isa (tulad ng mga WAVES na mas mataas ang pagkakapatong). Sa pagtatapos ng komputasyon, ang tamang sagot ang may pinakamataas na posibilidad na masukat.

Kaya hindi ito brute-force speed. Ito ay isang pundamental na kakaibang pamamaraan sa pagkalkula — ONE na nagpapahintulot sa kalikasan na galugarin ang isang napakalaking espasyo ng mga posibilidad at pagkatapos ay guguho sa tamang sagot sa pamamagitan ng pisika sa halip na lohika.

Isang napakalaking banta sa kriptograpiya

Ang nakakagulat na pisikang ito ang dahilan kung bakit ito nakakatakot para sa pag-encrypt.

Ang matematika na nagpoprotekta sa Bitcoin ay nakasalalay sa palagay na ang pagsuri sa bawat posibleng key ay mas matagal kaysa sa edad ng uniberso.

Ngunit T sinusuri ng isang quantum computer ang bawat key. Sinasaliksik nito ang lahat ng mga ito nang sabay-sabay at gumagamit ng interference upang lumitaw ang ONE.

Doon ito nauugnay sa Bitcoin. Ang paglipat sa ONE direksyon, mula sa private key patungo sa public key, ay tumatagal ng ilang millisecond. Ang paglipat sa kabilang direksyon, mula sa public key pabalik sa private key, ay aabutin ng isang milyong taon, o mas matagal pa kaysa sa edad ng uniberso para sa isang klasikong computer. Ang asymmetry na iyon ang tanging bagay na nagpapatunay na hawak ng isang tao ang kanyang mga barya.

Ang isang quantum computer na nagpapatakbo ng isang algorithm na tinatawag na Shor's ay maaaring dumaan sa trapdoor na iyon nang pabaligtad. Ipinakita ng papel ng Google ngayong linggo na magagawa nito ito gamit ang mas kaunting resources kaysa sa naunang tinantya ng sinuman, at sa loob ng isang timeframe na nakikipagkarera laban sa mga kumpirmasyon ng block ng bitcoin mismo.

Ito ang dahilan kung bakit ang banta ng pagbasag ng mga quantum computer sa blockchain encryption ay tunay na nag-aalala sa lahat.

Kung paano gumagana ang pag-atakeng iyon nang paunti-unti, kung ano ang partikular na binago ng papel ng Google, at kung ano ang kahulugan nito para sa 6.9 milyong Bitcoin na nalantad na, ang siyang paksa ng susunod na artikulo sa seryeng ito.