Achtung Bitcoin: Kryptografie-brechende Quantencomputer könnten näher sein als erwartet, sagt Caltech

Quantencomputer, die in der Lage sind, moderne Kryptographie zu brechen, benötigen möglicherweise weit weniger Qubits als bisher angenommen, so eine neue Studie des California Institute of Technology.

In der am Montag veröffentlichten Studie arbeitete Caltech mit Oratomic, einem in Pasadena ansässigen Quantencomputing-Startup, das von Caltech-Forschern gegründet wurde, zusammen, um ein neues System mit neutralen Atomen zu entwickeln, bei dem einzelne Atome mit Lasern eingefangen und gesteuert werden, um als Qubits zu fungieren. Dies könnte es einem fehlertoleranten Quantencomputer ermöglichen, Shors Algorithmus auszuführen, der private Schlüssel aus den öffentlichen Schlüsseln ableiten könnte, die in Bitcoins elliptischer Kurvenkryptographie verwendet werden, mit nur 10.000 rekonfigurierbaren atomaren Qubits.

Dolev Bluvstein, Mitgründer und CEO von Oratomic sowie Gastdozent für Physik am Caltech, sagte, dass Fortschritte im Quantencomputing den Zeitplan für praktische Maschinen beschleunigen und den Druck erhöhen, auf quantenresistente Kryptographie umzusteigen.

„Die Leute sind es gewohnt, dass Quantencomputer immer 10 Jahre entfernt sind", sagte Bluvstein gegenüber Decrypt. „Aber wenn man sich ansieht, wo wir vor etwas mehr als zehn Jahren waren, lagen die besten Schätzungen für Shors Algorithmus bei einer Milliarde Qubits, als die besten Systeme, die wir im Labor hatten, ungefähr fünf Qubits waren."

Die heute gängigsten Fehlerkorrektur-Systeme erfordern oft etwa 1.000 physische Qubits, um ein einzelnes zuverlässiges, logisches Qubit zu erstellen, die fehlerkorrigierte Einheit, die für Berechnungen verwendet wird. Dieser Overhead hat dazu beigetragen, die Schätzungen für praktische fehlertolerante Systeme in den Bereich von Millionen Qubits zu treiben und den Fortschritt in Richtung Maschinen zu verlangsamen, die Algorithmen ausführen können, die RSA- und elliptische Kurvenkryptographie bedrohen könnten, die von Bitcoin und Ethereum verwendet werden.

Bluvstein stellte fest, dass aktuelle Laborsysteme sich bereits 6.000 physischen Qubits nähern – und diese in einigen Fällen überschreiten. Mit anderen Worten: Das Kryptographie-Risiko könnte viel früher eintreten, als Experten zuvor erwartet hatten.

„Man kann wirklich sehen, wie die Systemgröße und Kontrollierbarkeit im Laufe der Zeit zunehmen, während die erforderliche Systemgröße abnimmt", sagte er.

Im September enthüllten Caltech-Forscher einen Quantencomputer mit neutralen Atomen, der 6.100 Qubits mit 99,98% Genauigkeit und 13-sekündigen Kohärenzzeiten betreibt. Es war ein Meilenstein in Richtung fehlerkorrigierter Quantenmaschinen, der auch Bedenken über zukünftige Bedrohungen für Bitcoin durch Shors Algorithmus erneuerte.

Die Bedrohung hat Regierungen und Technologieunternehmen dazu veranlasst, mit der Migration auf Post-Quanten-Kryptographie zu beginnen, also Verschlüsselung, die darauf ausgelegt ist, Quantenangriffen standzuhalten. Forscher warnen jedoch, dass große technische Herausforderungen bestehen bleiben, einschließlich der Skalierung von Quantensystemen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung extrem niedriger Fehlerraten.

„Nur 10.000 physische Qubits zu haben, ist etwas, das innerhalb eines Jahres passieren könnte", sagte Bluvstein. „Aber das ist wirklich nicht das Ziel, das die Leute denken. Es ist nicht so, dass man, wenn man einen Computer entwirft, einfach die Transistoren auf den Chip legt, sich die Hände wäscht und sagt, dass man fertig ist. Es ist eine höchst nicht-triviale, extrem komplizierte Aufgabe, tatsächlich einen dieser Computer zu bauen."

Trotzdem sagte Bluvstein, dass ein praktischer Quantencomputer vor Ende des Jahrzehnts entstehen könnte.

Die Nachricht kommt, während Google-Forscher am Dienstag neue Erkenntnisse berichteten, die darauf hindeuten, dass zukünftige Quantencomputer elliptische Kurvenkryptographie mit weniger Ressourcen brechen könnten als bisher gedacht. Dies erhöhte die Dringlichkeit der Forderungen nach einem Übergang zur Post-Quanten-Kryptographie, bevor solche Maschinen realisierbar werden.

Obwohl die Kryptowährungsbranche zunehmend begonnen hat, sich auf Quantenrisiken zu konzentrieren, sagte Bluvstein, dass sich dieses Risiko weit über Blockchain-Netzwerke hinaus erstreckt und Änderungen in weiten Teilen der modernen digitalen Welt erfordert.

„Ich denke, die gesamte digitale Infrastruktur der Welt. Es geht nicht nur um Blockchain. Es geht um Internet-of-Things-Geräte, Internetkommunikation, Router, Satelliten", sagte er. „Es umfasst die gesamte globale digitale Infrastruktur, und es ist kompliziert."