Komputery kwantowe zniszczą bitcoina i zhakują banki? Ekspert odpowiada

Niedawna zmiana w prospekcie emisyjnym ETF-u na bitcoina od BlackRock wskrzesiła dyskusję na temat zagrożenia, które dla kryptowalut mogłyby stworzyć w przyszłości komputery kwantowe. Na ile realny jest scenariusz złamania szyfrowania bitcoina i systemów bankowych, zapytaliśmy eksperta w tej dziedzinie.

fot. Boykov / / Shutterstock

“Nadchodzi kwantowa zagłada bitcoina”, “komputery kwantowe zmiażdżą kryptowaluty”, “zbliża się kwantowa apokalipsa” - nagłówki w niektórych anglojęzycznych i polskich mediach mówią jasno, że komputery kwantowe to przełom technologiczny, którego powinni obawiać się inwestorzy, a szczególnie posiadacze kryptowalut. W ostatnim czasie temat zyskał głośność za sprawą aktualizacji prospektu ETF-u na bitcoina BlackRock, gdzie na liście potencjalnych zagrożeń wymieniono technologię obliczeń kwantowych.

“Kryptografia leżąca u podstaw bitcoina może okazać się wadliwa lub nieskuteczna, lub rozwój matematyki i/lub technologii, w tym postęp w obliczeniach cyfrowych, geometrii algebraicznej i obliczeniach kwantowych, może spowodować, że taka kryptografia stanie się nieskuteczna. Technologia obliczeń kwantowych to nowe zjawisko, które, ponieważ wciąż się rozwija, utrudnia przewidywanie jego ostatecznego wpływu na przyszłą wartość bitcoina i innych aktywów cyfrowych” - czytamy w prospekcie emisyjnym iShares Bitcoin Trust ETF BlackRock.

“Jeśli jednak technologia obliczeń kwantowych będzie w stanie się rozwijać i znacznie zwiększyć swoją wydajność w stosunku do wydajności dzisiejszych wiodących komputerów kwantowych, może potencjalnie podważyć wykonalność wielu algorytmów kryptograficznych używanych w światowej infrastrukturze technologii informacyjnej, w tym algorytmów kryptograficznych używanych w przypadku aktywów cyfrowych, takich jak bitcoin” - dodaje BlackRock.

Emitent zwraca uwagę, że w takim scenariuszu, przy jednoczesnym braku zmiany architektury bitcoina, tak by uodpornić go na obliczenia kwantowe, bezpieczeństwo sieci lub kryptowalutowych portfeli mogłoby zostać naruszone, a tym samym wpłynąć niekorzystnie na akcje funduszu. Czy faktycznie jest się czego obawiać i nadszedł już czas, żeby sprzedać bitcoiny, a później pójść do banku i wypłacić z konta całą gotówkę?

“Komputery kwantowe to trochę zabawki”

Według dr. Mariusza Sterzela z Akademickiego Centrum Komputerowego Cyfronet AGH komputery kwantowe są obecnie dalekie od bycia zagrożeniem dla systemów szyfrowania, w tym bitcoina i sieci bankowych.

- Kolokwialnie mówiąc, budowane obecnie komputery kwantowe to niedoskonałe urządzenia obarczone błędami, formalnie nazywane po angielsku Noisy Intermediate-Scale Quantum. To są właściwie urządzenia badawcze, zdolne wprawdzie do wykonywania ograniczonych obliczeń, ale nie w takiej skali jak zwykłe superkomputery. Co więcej, nie opanowaliśmy dobrze technologii ich produkcji - mówi dr Sterzel - Poza tym wyniki na nich otrzymywane obarczone dużymi błędami będącymi rezultatem niedoskonałości tych urządzeń. Sprzętowo jesteśmy dopiero na początku drogi, a równolegle drugi problem to oprogramowanie. Nie ma jeszcze gotowych, dedykowanych pakietów oprogramowania dla naukowców z określonych dziedzin jak to ma miejsce w przypadku klasycznych superkomputerów. Każdy problem obliczeniowy trzeba programować osobno i do tego często specyficznie dla danej maszyny - tłumaczy ekspert.

Czy komputery kwantowe uda się rozwinąć kiedyś do etapu, w którym osiągną poziom ewolucji smartfona lub zwykłego komputera? Dr Sterzel jest w tej kwestii optymistą. Jak zwraca uwagę, w ostatnich latach naukowcy poczynili na tym polu ogromne postępy.

- Kilka lat temu kilka lub kilkanaście kubitów to było coś. Dziś "typowy" komputer kwantowy, który można nabyć na rynku, to urządzenie z kilkudziesięcioma kubitami. Tylko nieliczni producenci opracowali technologię, których komputery kwantowe mają ich kilkaset, przykładem jest fiński IQM. W USA jeden z liderów w branży IBM dostarcza urządzenia mające blisko 1000 kubitów. To tak zwane komputery kwantowe bramowe, ogólnego przeznaczenia. Równolegle firma D-Wave tworzy urządzenia realizujące zadania komputera kwantowego oparte na zjawisku wyżarzania. Ich urządzenia mają teraz ponad 5000 kubitów i dostępne są również dla użytkowników Cyfronetu - mówi dr Mariusz Sterzel.

Ekspert podkreśla jednak, że ciągle są to urządzenia obarczone bardzo dużymi błędami i tym momencie prace naukowców koncentrują się m.in. na jak najlepszym wykorzystaniu różnych technik obliczeniowych w tym metod uczenia maszynowego tak, aby maksymalnie zminimalizować wpływ błędów komputerów kwantowych na wyniki obliczeń. Dr Sterzel podkreśla, że komputery kwantowe to urządzenia dedykowane rozwiązywaniu określonych problemów obliczeniowych, takich, których złożoność obliczeniowa rośnie eksponencjalnie z liczbą badanych parametrów. Nie należy spodziewać się procesorów kwantowych montowanych w laptopach, a tym bardziej smartfonach z przyszłości.

Kiedy algorytmy szyfrowania staną się zagrożone?

- Jeśli uda się stworzyć komputery kwantowe obarczone niskim błędem oraz znacząco zwiększymy liczbę kubitów i połączeń między nimi. Wtedy rzeczywiście może pojawić się zagrożenie dla takich klasycznych algorytmów jak RSA, które są używane powszechnie w Internecie, czy protokołu, na którym oparty jest bitcoin. Są również badania, w których próbowano oszacować, ile kubitów potrzeba do złamania obecnie stosowanego szyfru RSA. Aby to zrobić, należałoby wykorzystać do tego celu kilku tysięcy kubitów logicznych - od 5 do 10 tysięcy - wyjaśnia dr. Sterzel.

Na pierwszy rzut oka może wydawać się więc, że naukowców nie dzieli od tego etapu daleka droga. Kubity logiczne nie odpowiadają jednak kubitom fizycznym, o których pisaliśmy w poprzednim paragrafie. Czasem potrzeba kilkudziesięciu lub kilkuset kubitów fizycznych, żeby uzyskać jeden kubit logiczny. Do złamania obecnych algorytmów potrzebne byłoby więc stworzenie komputerów kwantowych uzbrojonych w miliony fizycznych kubitów.

Dr Mariusz Sterzel podkreśla, że istnieje także druga strona medalu, a mianowicie rozwój algorytmów postkwantowych, które będą odporne na ataki komputerów kwantowych. W tej chwili prowadzone są prace nad takimi algorytmami, które będą działały na klasycznych komputerach, ale będą odporne na atak ze strony komputerów kwantowych, wykorzystując specyficzną matematykę lub struktury matematyczne - Nie bałbym się, że komputery kwantowe będą zagrożeniem - podsumowuje ekspert.

Kolejna rewolucja technologiczna

Na obecnym etapie komputery kwantowe to nadal urządzenia badawcze i naukowcy koncentrują się przede wszystkim na poznaniu ich możliwości. Jak dotąd były wykorzystywane m.in. w procesach optymalizacyjnych, używane do testowania prób łamania różnych algorytmów szyfrowania, a także do analiz na potrzeby przemysłu.

- Z kolegami z Francji pracujemy nad projektem dla francuskiej agencji kosmicznej CNES. Badamy strukturę elektronową dwutlenku siarki, który występuje w atmosferach egzoplanet, by sprawdzić, czy komputery kwantowe dostarczą więcej informacji niż tradycyjne obliczenia chemiczne - komentuje dr Mariusz Sterzel - Ich zastosowania są badane także w sektorze bankowym i finansach. Niedługo razem z kolegami z Finlandii i Czech, będziemy prowadzić także badania nad kwantową sztuczną inteligencją - dodaje przedstawiciel Cyfronetu.

Czy technologie kwantowe okażą się w przyszłości rewolucją na miarę sztucznej inteligencji? Zdaniem naszego rozmówcy mają ku temu duży potencjał, chociaż jak podkreśla obu dziedzin, nie powinno traktować się jak osobne wyspy. Według dr. Sterzela dużym przełomem mogą okazać się nie tylko komputery kwantowe, ale także rynek czujników opartych na zjawiskach kwantowych.

- Wyobraźmy sobie, że mamy czujnik, który bada nasz pot i na tej podstawie dostajemy też dokładne wyniki badań krwi. Rynek czujników opartych na zjawiskach kwantowych może mieć ogromny potencjał - mówi ekspert AGH.

Kiedy będziemy wiedzieli, że technologie kwantowe znalazły się w “momencie Chat GPT” i wkrótce może pojawić się boom na rynku? Zdaniem dr. Sterzela punktem zwrotnym będzie informacja o stworzeniu komputera kwantowego, który nie jest obarczony tak dużymi błędami, jak ma to miejsce teraz. - Kiedy nastąpi ten przełom i w łatwy sposób będzie można zwiększać liczbę kubitów, jak obecnie tranzystorów w klasycznych procesorach wtedy technologie kwantowe eksplodują, podobnie jak rozwój sztucznej inteligencji po pojawieniu się Chat GPT - uważa ekspert.

Komputery kwantowe dla naukowców i przedsiębiorców

- W Krakowie nie mamy własnego komputera kwantowego, ale dzięki pomocy Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego oferujemy w Polsce chmurowy dostęp do wyżarzacza poprzez infrastrukturę PLGrid. MNiSW dofinansowało również udział Cyfronetu AGH w budowie LUMI-Q - bramkowego komputera kwantowego, który dosłownie kilka tygodni temu został zainstalowany w Ostrawie i tam nasi użytkownicy będą mogli z tych zasobów korzystać - mówi dr Mariusz Sterzel. W przyszłości dla naszych badaczy i przedsiębiorców będą dostępne też komputery kwantowe budowano wokół fabryki sztucznej inteligencji LUMI. Chcielibyśmy rozreklamować dostęp do tych komputerów kwantowych, tak aby jak najwięcej podmiotów z Polski mogło z nich skorzystać - czy to naukowców, czy też przedsiębiorców. Jeśli tylko ktoś ma pomysł zastosowania technologii kwantowej lub potrzebuje wsparcia w obliczeniach, zapraszamy do kontaktu z Cyfronetem.

Źródło: