Kvantumszámítógép: Mitől más, mint a jól ismert gépek?
Lényeges szempont, hogy a hagyományos számítógépek bitjei vagy 0-t, vagy 1-et tárolnak – egyfajta apró kapcsolóként működnek egy mikrochipben, amely elektromosságot enged át vagy nem. Az összes kép, Bitcoin-tranzakció vagy leütött karakter ettől az ősi logikától függ. Ezek a rendszerek egymás után végzik a számításokat, elképesztő sebességgel, de időben sorban haladva.
A kvantumszámítógép ezzel szemben a kvantumbitek, vagyis a qubitek világát használja ki. Egy qubit lehet 0, 1, de – és itt jön az igazi varázslat – egyszerre mindkettő. Ez úgy lehetséges, hogy a kvantumbit teljesen más fizikai szabályokat követ, mint egy hagyományos kapcsoló: általában egy szupervezető fémhurok, melyet 0,015 kelvines hőmérsékletre – azaz -273 Celsius-fokra – hűtenek. Itt már olyan kvantumállapot keletkezik, ahol az áram egyszerre mindkét irányba folyik.
Az ilyen kvantumállapot a mindennapi világban nem létezik, mert azonnal megszűnik, ahogy a környezet (a levegő részecskéi, fény, hő) kölcsönhatásba lép vele. Ezt nevezzük dekoherenciának. Ha azonban mindent kizárnak (ultrahideg vákuum, elektromágneses árnyékolás, rezgésmentes környezet), a kvantumállapot elég hosszú ideig tartható fenn, hogy számításokat végezzenek vele.
Kvantumfizika: Az intuícióval ellentétes logika
Az emberek hétköznapi életében minden a klasszikus fizika törvényei szerint működik: minden dolog pontosan ott van, ahol lennie kell, és egy adott időben egyféle tulajdonságot mutat. A kvantumos világ azonban egészen más – például egy elektron sosem határozza meg pontos helyét, amíg meg nem mérjük, a fény sem választ polarizációt, amíg rá nem nézünk.
A kvantumszámítógép különleges, zárt környezetben ennek a világnak a szabályait fordítja a gyakorlatba: a Google által fejlesztett gépek óriási, több négyzetméteres hűtőszekrényekben működnek, melyek hidegebbek, mint bármely pont az univerzumban, és többrétegű védelmet kapnak elektromágneses, rezgés- és hőzajtól. Még így is a qubitek elképesztően érzékenyek – állapotukat folyamatosan elvesztik, ezért az úgynevezett hibajavítás a legfontosabb kérdés a skálázhatóságban.
A kvantumszámítógép tehát nem egy gyorsított klasszikus gép, hanem olyan logikát használ, amit csak rendkívül kicsi méreteknél, extrém hidegben, nagyon rövid idő alatt lehet kihasználni.
Hogyan robbantja szét a kvantumtechnológia a titkosítást?
Minden egyes qubit a lehetőségi tér egyre nagyobb darabját tudja egyszerre lefedni: két hagyományos bit négy állapotot tud egyesével felvenni, két qubit viszont mind a négyet egyszerre. Három qubit nyolcat, tíz már 1024-et, ötven pedig több mint ezerbilliót. Ha pedig megjelenik egy további kvantumjelenség, az összefonódás, két qubit állapota összekapcsolódik, és az egyik azonnal hat a másikra, még akkor is, ha távol vannak egymástól. Ezáltal a gép az összes lehetséges állapotot letapogatva a helyes megoldásokat felerősíti, a hibásakat kioltja, és végül csak a legerősebb hullámú – vagyis legvalószínűbb – eredményt méri meg.
A kvantumszámítógép tehát nem egyszerűen gyorsabb a hagyományosnál, hanem teljesen más módon, a természet erejével keresi meg az eredményt – az összes lehetőséget egyszerre bejárva.
Kézzelfogható veszély a Bitcoin ellen
A Bitcoin (és más kriptóeszközök, blokkláncok) biztonsága azon alapul, hogy egy privát kulcs megtalálása a publikus kulcsból emberi időskálán belül lehetetlen – még a leggyorsabb hagyományos számítógépek számára is millió, akár milliárd évekbe telne. Ez a matematikai aszimmetria bizonyítja, hogy egy adott pénzt tényleg az birtokol, aki mondja.
A kvantumszámítógép azonban nem vizsgálja végig az összes lehetőséget egyenként – egyszerre fogja át mindet, és a kvantumösszefonódás révén előbb jut a helyes kulcshoz, mint gondolnánk. A Google által most közzétett tanulmány kimutatta: elméletileg már jelenlegi tervezéssel is képes lehet 9 perc alatt feltörni egy bitcoin privát kulcsot a publikus kulcsból – vagyis a blokkonkénti megerősítésnél gyorsabban.
Ez a fenyegetés nemcsak a Bitcoin, hanem az Ethereum, más tokenek, sőt a nemzetközi bankrendszer titkosítása fölött is sötét árnyékot vet. Ma világszerte mintegy 6,9 millió bitcoin van ilyen módon veszélynek kitéve, és a fejlesztőknek egyre sürgetőbben kell válaszokat találniuk.
Az MI és a kvantumtechnológia gyors közeledése olyan korszakot nyit, ahol a digitális biztonság nemcsak számítási teljesítmény kérdése, hanem a fizika alapjaié. A tét: vajon van-e esély új, kvantumbiztos titkosításokra, vagy a blokkláncok aranykorának lassan vége?
