Най-голямата квантова мрежа от 120 кубита: IBM направи стъпка, след която сигурността на криптовалутите е въпрос на време

Система, която не може да бъде моделирана през целия живот на Вселената.

IBM направи нова стъпка в развитието на квантовите изчисления, което накара експертите по информационна сигурност да се замислят за бъдещето на биткойните. Изследователите съобщиха, че са успели да създадат заплетена система от 120 кубита – най-голямата и най-стабилната от всички, които могат да бъдат получени в лабораторни условия. Този резултат приближава момента, в който квантовите устройства ще могат да извършват толкова сложни операции, че сегашните криптографски методи вече няма да ги възпрепятстват.

Експериментът е описан в статията Big Cats: Entanglement in 120 Qubits and Beyond. Авторите твърдят, че са успели да постигнат истинско многочастично заплитане – състояние, при което промяната в един елемент се отразява незабавно във всички останали. Тези структури се разглеждат като основа за бъдещите квантови машини, устойчиви на грешки, способни да решават проблеми, непостижими за традиционните суперкомпютри.

За да приложат този принцип, инженерите са приложили математически методи от теорията на графите и стабилизационните групи, както и техниката на „временното разлагане“ – начин за временно прекъсване на връзката между кубитите, които са завършили своята част от изчислението, като по този начин се намалява шумът. След това те са били свързани отново към общата схема. Конфигурацията работи със свръхпроводими елементи, а адаптивните компилатори насочват операциите в областта на чипа с минимални грешки. Този подход гарантира синхронизираната работа на цялата система.

Основата на експеримента е състояние от клас GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger), известно на физиците като „котешко състояние“ – препратка към умствения опит на Шрьодингер. В такава система всеки кубит се намира едновременно в две състояния и промяната на едното автоматично води до пренареждане на всички. Този ефект не може да бъде обяснен със законите на класическата физика. GHZ-конфигурациите традиционно се използват за тестване на различни квантови платформи – от йонни капани до фотонни мрежи. Поради високата си чувствителност към смущения те се смятат за идеален инструмент за тестване на стабилността на оборудването и позволяват измервания с пределна точност според принципа на Хайзенберг.

Качеството на получената структура е оценено чрез параметъра „вярност“ (fidelity), който показва доколко експерименталният резултат е близък до теоретичния идеал. Стойност от 1,0 съответства на идеално съвпадение, докато 0,5 се счита за минималната граница, потвърждаваща заплитането. Конфигурацията на IBM показа стойност от 0,56, която е достатъчна, за да докаже кохерентността на цялата система от 120 елемента.

Не е възможно да се провери резултатът директно: пълният анализ на всички комбинации би отнел повече време, отколкото е възрастта на Вселената. Затова екипът прилага два статистически метода – тест за четност, който проследява общите модели на интерференция, и метод за директна оценка на доверието, при който на случаен принцип се избират подмножества от свойства, наречени стабилизатори. Всеки стабилизатор действа като сензор за потвърждаване на синхронното взаимодействие на отделните двойки кубити.

Въпреки че новото устройство на IBM все още не представлява заплаха за криптирането, то приближава момента, в който квантовите алгоритми ще могат да разбиват съвременните криптосистеми, включително сигурността на биткойн мрежата. Изследователската група Project 11 изчислява, че около 6,6 милиона монети – на стойност около 767 милиарда долара – остават потенциално уязвими за такава атака. Сред тях са средствата, принадлежащи на създателя на криптовалутата Сатоши Накамото.

Ако собственик на биткойни разкрие публичния ключ, достатъчно мощен квантов компютър би могъл да възстанови частния и да получи достъп до средствата, преди транзакцията да бъде потвърдена. Макар че сегашната конфигурация на IBM не разполага с такъв потенциал, самата перспектива става все по-реална. Компанията има за цел да въведе системи за коригиране на грешки до 2030 г., като Google и Quantinuum се стремят към подобни разработки. Ако тези проекти успеят, заплахата за цифровите валути ще престане да бъде теоретична и ще се превърне във въпрос на време.