- IonQ veröffentlicht weltweit ersten Quantencomputing-Plan zur Entschlüsselung von Bitcoin, voraussichtliche Dauer etwa 25,7 Tage.
- Die Studie zeigt, dass 19.397 physikalische Qubits für die Ausführung der Entschlüsselungsberechnung benötigt werden.
- Der Präsident der Quantencomputing-Abteilung von IonQ betont die nachweisbare untere Wahrscheinlichkeitsgrenze der Studie.
- Der Plan kann mehrere Quantenanwendungsbereiche jenseits der Kryptographie unterstützen.
IonQ hat den weltweit ersten vollständig kompilierten, end-to-end-Plan vorgestellt, der darauf abzielt, mit Hilfe von Quantencomputern 256-Bit-Elliptische-Kurven-Signaturen zu entschlüsseln. Die Studie liefert verblüffende Zahlen zur Einschätzung dieses Problems. Den Vorhersagen zufolge könnte ein fehlertolerantes Quantencomputersystem das secp256k1-Elliptische-Kurven-Problem von Bitcoin in etwa 25,7 Tagen lösen. Die Forscher haben abgeleitet, dass 19.397 physikalische Qubits für die Berechnung erforderlich sind. Diese Zahl umfasst die für den Algorithmus erforderliche Hardware und berücksichtigt die Anforderungen der Quantenfehlerkorrektur.
Dieses Ergebnis bedeutet nicht, dass Bitcoin heute entschlüsselt werden kann; IonQ hat diesen Angriff noch nicht auf einem funktionierenden Quantencomputer demonstriert. Stattdessen beschreibt das Papier den gesamten Berechnungsprozess, den zukünftige Maschinen ausführen müssen.
Die technischen Herausforderungen der Quantenentschlüsselung
Der Shor-Algorithmus hat seit langem einen theoretischen Weg zur Nutzung von Quantencomputern zur Entschlüsselung der Public-Key-Kryptographie aufgezeigt. Die Umsetzung dieser Mathematik in eine Maschine schafft jedoch größere technische Herausforderungen. Die Forscher von IonQ haben den Angriff auf secp256k1 als tatsächliche fehlertolerante Arbeitslast modelliert. Da Bitcoin diese Kurve nutzt und Kryptographen sie umfassend untersucht haben, wurde die Kurve zu einem nützlichen Benchmark. Das endgültige Design verwendete 1.457 logische Qubits und etwa 39 Millionen Toffoli-Gatter.
Diese logischen Ressourcen erweitern sich, wenn die Fehlerkorrektur berücksichtigt wird, auf Tausende von physikalischen Qubits. Chris Ballance, Präsident der Quantencomputing-Abteilung von IonQ, erklärte, dass das Team den Berechnungsprozess auf die zugrunde liegenden Fehlerkorrektur-Bausteine kompiliert hat. Diese detaillierte Ebene ermöglichte es den Forschern, die nachweisbare untere Wahrscheinlichkeitsgrenze für die erfolgreiche Durchführung der Berechnung zu berechnen. IonQ weist darauf hin, dass frühere Schätzungen oft die Teile der Maschine vereinfachten, die die Laufzeit dominieren könnten.
Ballance betonte, dass im Rahmen der Studie keine digitalen Vermögenswerte oder Kryptowährungsplattformen angegriffen wurden. Das Team nutzte die Walking Cat-Architektur von IonQ, um den Algorithmus in ein Hardware-Design umzuwandeln. Diese Architektur kombiniert trapped-ion-Computing mit Quantenfehlerkorrekturtechniken. Die Forscher gestalteten die Architektur dann entsprechend den spezifischen Anforderungen von secp256k1 um und erzeugten schließlich ein System mit 19.397 physikalischen Qubits, eine Zahl, die etwas unter der von IonQ in ihrer Ankündigung hervorgehobenen Größenordnung von 20.000 Qubits liegt.
John Gamble, Vice President of Architecture bei IonQ, beschreibt das Ergebnis als einen technischen Plan und nicht als reine theoretische Ressourcenschätzung. Diese Unterscheidung ist wichtig, da Quantencomputer eine große Menge an physischer Hardware benötigen, um eine geringere Anzahl zuverlässiger logischer Qubits zu erzeugen.
Zukunftsperspektiven für Quantenanwendungen
Der Fahrplan von IonQ zielt derzeit darauf ab, bis 2027 ein fehlertolerantes System mit 10.000 physikalischen Qubits zu realisieren. Das Unternehmen erwartet, dass es bis 2028 weitere Fortschritte in Bezug auf Hardware und Fertigung geben wird. Martin Roetteler, Vice President of Quantum Applications and Research bei IonQ, sagte, dass die Reduzierung der Ressourcen aus den Fortschritten im gesamten Stack resultiert. Die Forscher haben den Algorithmus optimiert und mit Compiler, Hardware-Architektur und Fehlerkorrektursystemen koordiniert. Diese Koordination hilft dabei, eine Arbeitslast, die ursprünglich mit größeren Maschinen verbunden war, in den Bereich des von IonQ prognostizierten Systems zu bringen.
Dieses Ergebnis etabliert nicht, dass ein Quantenangriff auf Bitcoin unmittelbar bevorsteht, bietet Forschern jedoch ein konkreteres Ziel, um einzuschätzen, wann solche Angriffe realistisch werden könnten.
IonQ erklärt, dass dieser vollständige Stack-Ansatz auch Arbeiten jenseits der Kryptographie unterstützen kann. Der Fahrplan umfasst Quantenanwendungen in den Bereichen Chemie, Materialwissenschaften, Finanzdienstleistungen, Optimierung und nationale Sicherheit. Daher dient die secp256k1-Studie als strenge Prüfung der Architektur selbst, die den berühmten Quantenalgorithmus, die echten kryptografischen Standards und die vorgeschlagene Maschine miteinander verbindet und alle drei mit Zahlen verknüpft, die Ingenieure überprüfen können.
Kategorie Spezifikation Physikalische Qubits 19.397 Logische Qubits 1.457 Toffoli-Gatter ca. 39.000.000
Der Einfluss von Quantencomputing auf die Bitcoin-Sicherheit
IonQ's Forschung zeigt das Potenzial des Quantencomputing zur Entschlüsselung der Bitcoin-Sicherheit, obwohl es derzeit noch nicht praktisch umgesetzt werden kann. Der Plan bietet jedoch einen konkreten Referenzrahmen für zukünftige Quantenangriffe. Dies deutet darauf hin, dass mit dem Fortschritt der Quantentechnologie bestehende Verschlüsselungsstandards vor Herausforderungen gestellt werden könnten, was die Industrie dazu zwingt, die Sicherheit digitaler Vermögenswerte neu zu bewerten. Darüber hinaus beschränkt sich die Forschung von IonQ nicht nur auf die Kryptographie, sondern erstreckt sich auch auf andere Bereiche, was das breite Anwendungspotenzial des Quantencomputing zeigt. Diese Entwicklungen werden tiefgreifende Auswirkungen auf die zukünftigen technologischen Fortschritte und Sicherheitsmaßnahmen haben.