- كشفت IonQ عن أول خارطة طريق عالمية لكسر البيتكوين باستخدام الحوسبة الكمومية، متوقعةً أن تستغرق العملية حوالي 25.7 يومًا.
- تشير الدراسة إلى الحاجة إلى 19,397 بت كمي فيزيائي لتنفيذ عملية الكسر.
- أكد رئيس قسم الحوسبة الكمومية في IonQ على الاحتمالية المنخفضة القابلة للإثبات التي توصلت إليها الدراسة.
- يمكن لهذه الخارطة أن تدعم مجالات متعددة من التطبيقات الكمومية تتجاوز علم التشفير.
كشفت IonQ عن ما وصفته بأول خارطة طريق كاملة ومجمعة من البداية إلى النهاية تهدف إلى استخدام الحواسيب الكمومية لكسر التوقيعات المنحنية الإهليلجية ذات 256 بت. وقد قدمت الدراسة أرقامًا مذهلة تقديرية لهذه المشكلة. ووفقًا للتوقعات، يمكن لحاسوب كمومي قادر على تحمل الأخطاء أن يحل مشكلة منحنى secp256k1 الخاص بالبيتكوين في حوالي 25.7 يومًا. وقد استنتج الباحثون أن عدد البتات الكمومية الفيزيائية اللازمة لإجراء الحسابات هو 19,397. يشمل هذا الرقم الأجهزة اللازمة لتشغيل الخوارزمية، مع الأخذ في الاعتبار متطلبات التصحيح الكمومي للأخطاء.
لا يعني هذا أن البيتكوين يمكن كسره اليوم، حيث لم تعرض IonQ بعد هذه الطريقة على حاسوب كمومي فعلي. بدلاً من ذلك، تصف الورقة البحثية العملية الكاملة التي يجب أن تنفذها الآلات المستقبلية.
التحديات الهندسية لكسر الحوسبة الكمومية
قدمت خوارزمية Shor منذ فترة طويلة المسار النظري لاستخدام الحواسيب الكمومية لكسر علم التشفير بالمفتاح العام. ومع ذلك، فإن تحويل هذه الرياضيات إلى آلة يخلق تحديات هندسية أكبر. قام باحثو IonQ بنمذجة هجوم على secp256k1 كحمل عمل فعلي قادر على تحمل الأخطاء. ونظرًا لاعتماد البيتكوين على هذا المنحنى، ولأن علماء التشفير قاموا بدراسته على نطاق واسع، فقد أصبح هذا المنحنى معيارًا مفيدًا. التصميم النهائي استخدم 1,457 بت كمي منطقي وحوالي 39 مليون بوابة من نوع Toffoli.
تتسع هذه الموارد المنطقية عند النظر في التصحيح من الأخطاء إلى آلاف البتات الكمومية الفيزيائية. صرح Chris Ballance، رئيس قسم الحوسبة الكمومية في IonQ، أن الفريق قام بتجميع عملية الحساب وصولاً إلى عناصر التصحيح الأساسية من الأخطاء. تتيح هذه التفاصيل للباحثين حساب الاحتمال الأدنى القابل للإثبات لإكمال الحساب بنجاح. وأشارت IonQ إلى أن التقديرات السابقة عادةً ما كانت تبسط أجزاء من الآلة التي قد تهيمن على وقت التشغيل.
وأشار Ballance إلى أنه لم يتم مهاجمة أي أصول رقمية أو منصات للعملات المشفرة خلال عملية البحث. استخدم الفريق بنية IonQ's Walking Cat لتحويل الخوارزمية إلى تصميم الأجهزة. تجمع هذه البنية بين الحوسبة الكمومية الأيونية المحاصرة وتقنيات التصحيح الكمومي للأخطاء. ثم أعاد الباحثون تشكيل البنية وفقًا للاحتياجات المحددة لـ secp256k1، مما أدى في النهاية إلى نظام يحتوي على 19,397 بت كمي فيزيائي، وهو رقم أقل بقليل من حجم 20,000 بت كمي الذي أبرزته IonQ في إعلانها.
وصف John Gamble، نائب رئيس البنية التحتية في IonQ، هذه النتيجة بأنها خارطة طريق هندسية وليست مجرد تقدير نظري للموارد. هذا التمييز مهم لأن الحواسيب الكمومية تحتاج إلى الكثير من الأجهزة الفيزيائية لإنشاء عدد أقل من البتات الكمومية المنطقية الموثوقة.
آفاق تطبيقات الحوسبة الكمومية المستقبلية
تستهدف خارطة طريق IonQ حاليًا تحقيق نظام قادر على تحمل الأخطاء يحتوي على 10,000 بت كمي فيزيائي بحلول عام 2027. وتتوقع الشركة حدوث تقدم إضافي في الأجهزة والتصنيع بحلول عام 2028. صرح Martin Roetteler، نائب رئيس أبحاث وتطوير التطبيقات الكمومية في IonQ، أن تقليل الموارد يأتي من التقدم في جميع أنحاء المكدس. قام الباحثون بتحسين الخوارزمية وتنسيقها مع المترجمات وهياكل الأجهزة وأنظمة التصحيح من الأخطاء. يساعد هذا التنسيق في نقل حمل العمل المرتبط في الأصل بالآلات الأكبر إلى نطاق النظام الذي تتنبأ به IonQ.
لم يثبت هذا النتيجة أن هجومًا كموميًا على البيتكوين يلوح في الأفق، ولكنه يوفر للباحثين هدفًا أكثر تحديدًا لتقييم متى قد يصبح هذا النوع من الهجمات عمليًا.
أوضحت IonQ أن هذا النهج الكامل للمكدس يمكن أن يدعم أيضًا العمل الذي يتجاوز علم التشفير. تتضمن خارطة طريقها تطبيقات كمومية في الكيمياء وعلوم المواد والخدمات المالية والتحسين والأمن القومي. وبالتالي، فإن دراسة secp256k1، كاختبار صارم للبنية نفسها، تربط بين الخوارزميات الكمومية الشهيرة والمعايير الحقيقية للتشفير والآلة المقترحة، وتربط جميع الأطراف بأرقام يمكن للمهندسين مراجعتها.
المشروع المواصفات البتات الكمومية الفيزيائية 19,397 البتات الكمومية المنطقية 1,457 بوابات Toffoli حوالي 39,000,000
تأثير الحوسبة الكمومية على أمان البيتكوين
أظهر بحث IonQ إمكانيات الحوسبة الكمومية في كسر أمان البيتكوين، وعلى الرغم من أنه لم يتم تنفيذها بعد، إلا أن هذه الخارطة توفر إطارًا مرجعيًا محددًا للهجمات الكمومية المستقبلية. يشير هذا إلى أن معايير التشفير الحالية قد تواجه تحديات مع تقدم التكنولوجيا الكمومية، مما يحث الصناعة على إعادة تقييم أمان الأصول الرقمية. بالإضافة إلى ذلك، فإن أبحاث IonQ لا تقتصر على علم التشفير فحسب، بل تمتد إلى مجالات أخرى، مما يدل على الإمكانات الواسعة لتطبيقات الحوسبة الكمومية. سيكون لهذه التطورات تأثير عميق على التقدم التكنولوجي والتدابير الأمنية في المستقبل.