最強の槍である量子コンピュータは最強の盾である暗号通貨を貫通できるのか？

暗号通貨を解読するには何百万もの量子ビットが必要です。

過去 10 年間で、計算プログラミングは着実に量子領域へと進歩し、驚異的な計算効率を約束する驚くべきデバイスを生み出してきました。

例えば、2020年に中国の科学者たちは量子コンピュータを使用して、一般的なスーパーコンピュータでは解くのに25億年かかる数学の問題を実行しましたが、量子マシンは200秒でその問題を解きました。

量子コンピューティングは、私たちと自然との関わり方を変えつつあり、分子構造を迅速にスクリーニングすることで超高速の創薬を可能にする可能性がある。これは、IBMがクリーブランド・クリニックと提携して研究している偉業である。これにより、インターネットのセキュリティがほぼ破られないレベルにまで引き上げられる可能性があり、米国エネルギー省の注目を集めている。自動車大手のBMWなどの製造会社でさえ、量子ゲームに参入し始めている。量子ゲームは材料科学を洗練させ、人工知能の枠組みを書き換える可能性があるからだ。

私たちは量子革命の瀬戸際にいるのかもしれない。科学者たちは記録的な速さで医薬品を開発し、信じられないほどの確実性で天気を予測し、物理学の新たな角度を発見することができるかもしれない。

この時点で、著者は興味深い疑問を思いつきました。最強の槍である量子コンピュータは、最強の盾である暗号通貨を貫通できるのでしょうか?

量子タイムライン上で我々がどの程度進んでいるかを測定するために、量子建築家のマーク・ウェバー氏と英国の新興企業ユニバーサル・クォンタムの彼のチームは、ビットコインが使用する強力なセキュリティシステムを破るのに理論的に必要な量子ビットの数を計算した。ビットコインは長い間不安定な投資であり、イーロン・マスク氏の注目を集め、差し迫った金融革命の象徴となっている分散型デジタル通貨である。最終的な答えは何でしょうか?ブレークスルーは、IBM のプロセッサの量子ビット数がわずか 127 個であるのに対し、数百万個多い量子ビット数がある場合に限り可能となる。

暗号通貨の量子的弱点

有名なビットコインなどのブロックチェーン技術に基づく暗号通貨のセキュリティシステムは、従来のコンピュータに対して極めて安全であると考えられており、そのため量子コンピューティングのパワーを測定する優れた方法を提供します。

暗号通貨取引が行われるたびに、誰でも利用できる公開鍵と、ユーザーだけが閲覧できる安全な秘密鍵が生成されます。このキーの組み合わせは、ブロックチェーンと呼ばれるシステム内の通貨取引台帳にデジタル形式で「書き込まれ」ます。

その時間が経過すると、取引は再び「ロック」され、関連する資金を使用して誰も何もできなくなります。しかし、盲点がある。「誰かがビットコインで取引を行うと、それは世界に発表されますが、ブロックチェーンに統合されるまでは完全に安全ではありません」とウェーバー氏は語った。

言い換えれば、取引の公表とその統合の間には脆弱性の窓が存在するということです。技術的には、この期間内で資金を操作することが可能です。技術的と言うのは、これには非常に複雑なアルゴリズムが必要であり、量子コンピュータを使用しない限り、最も強力なスーパーコンピュータでさえそれを実行するのに十分な計算能力がないからです。

「もし量子コンピュータがあり、それが十分に高速に動作すれば、理論的にはそれを取引に定期的に適用し、例えば取引を別のアドレスに再移動するといったことも可能だ」とウェーバー氏は語った。

ウィンドウの一般的な範囲は 10 分から 1 日までですが、ウェーバー氏は、その有限性により「理想的な実行時間を実現するには、いくつの量子ビットが必要か」を問うことができるため、特に優れたテストになると述べています。

先に進む前に、重ね合わせとエンタングルメントという 2 つの素晴らしい量子特性のおかげで、このすべての量子ビットのパワーが生まれた理由について説明しましょう。

驚異の量子コンピュータ

テーブルの上でコインを回して、「表ですか、裏ですか？」と尋ねるとします。 「何?」と思うかもしれません。 「私の質問はあまり意味をなさないからです。コインが横向きに着地する前に、コインは本質的に2つの選択肢として同時に存在し、このまばゆいばかりのコインは回転中に「重ね合わせ状態」と呼ばれる状態にあります。

重ね合わせを中断して状態を確認する、つまりコインの回転を止めると、不確定な状態を正確に回復することはできません。重ね合わせを一度破ると、それは永久に破られたままになります。

ここで、例を変更して 2 つのコインを一緒に回転させてみましょう。今回、一つ条件があります。コイン A が表になれば、コイン B も表になり、これらのコインは相互に依存していると言えます。各コインの重ね合わせは、他のコインと「絡み合い」ます。

コイン A の重ね合わせを調整すると、コインが宇宙の反対側にある場合でも、コイン B にすぐに影響します。たとえば、コイン A だけが回転を停止した場合でも、コイン B に関する関連情報が得られ、その重ね合わせも破られるため、正しいように思えます。

さて、あなたはこう考えるかもしれません: これらの類推は観察者の心によって決まる。あなたが正しいです。しかし、それは私たちがコインについて話しているためです。電子や光子のような量子粒子の場合、これらのことは実際に物理的に起こります。

量子コンピューティングの世界に戻ると、重ね合わせによって量子ビット、つまりキュービットの状態が決まります。古典的なビットは 0 または 1 として存在しますが、量子粒子で構成された量子ビットは、0 と 1 の重ね合わせ状態を同時に持つことができ、最も重要なのは、その状態のままデータを取得できることです。

量子ビットが計り知れない速度で計算を実行し、複数の反復を同時にテストし、他の量子ビットと絡み合って情報を瞬時に転送することを想像できます。それが大まかなポイントです。

ちなみに、Google と IBM の量子コンピュータは、いわゆる超伝導量子ハードウェアを使用して、量子ビットをグリッド全体に均等に分散します。隣接する量子ビットを絡ませて情報を転送することができます。ウェバー氏の会社は、量子ビットがグリッド上のどこにでも自由に移動して連携できるようにするトラップイオンハードウェアに重点を置いています。しかし、いずれにしても、量子ビットの数が増えると、計算能力は指数関数的に増加します。

しかし、ビットコインの脆弱性を悪用するには、これらの量子ビットをいくつ同期させる必要があるのでしょうか?

量子コンピュータをハッカーにする

ビットコインの取引には、量子コンピュータによる攻撃に対して脆弱な時間帯があるが、従来のコンピュータによる攻撃は受けず、人間による攻撃も受けない。それは、量子システムが量子ビットで満たされており、人間の脳ではほとんど理解できない速度で発火して計算を実行するためです。

ウェッブ氏は外部の研究を利用して、この窓を突破するのに必要な量子ビットの数を表にまとめ、信頼できる計算値を見つけました。しかし、量子コンピュータに何か問題が発生した場合、重ね合わせが崩れ、貴重な量子データがすべて永久に失われる可能性があることを思い出してください。

この大惨事を防ぐために、量子プログラマーはかなり直感的なことを行います。より多くの量子ビットを使用するだけです。これを量子エラー訂正と呼びます。

簡素化のため、彼らは各計算に大量のサブビットを投入し、正しいデータを取得する可能性を高めました。たとえば、9/10 量子ビットが同じ解を提供する場合、それは正しいと言っても間違いありません。

「適度に高品質の論理量子ビットを得るのは簡単ではない。1,000個の物理量子ビットの中から最良のものを選ぶようなものだ」とウェーバー氏は語った。そこで彼は、最終的な答えを得るために、当初の見積もりを 1,000 倍にしました。つまり、ビットコインを1時間でハッキングするには約3億1700万量子ビットが必要となり、10分でハッキングしたい場合、必要な量子ビットの数ははるかに多くなるだろう、と彼は述べた。 「たぶん6倍くらいかな」そうなると、量子ビットの数は数十億に達することになるが、現在の量子コンピューターではそのほんの一部にも達していない。

「もっとゆっくり解読したい場合、必要な量子ビットは全体的に少なくなる。1日で解読したい場合、約1300万量子ビットだ」とウェーバー氏は付け加えた。

量子コンピューティングが暗号通貨のセキュリティを回避する可能性を検討しているのはウェーバー氏だけではない。たとえば、米国国立標準技術研究所は暗号通貨の安全を確保するために量子耐性のある暗号化アルゴリズムを模索しており、イーサリアム財団は量子耐性の概念を研究しています。

しかし、量子コンピューターを通じて実際に暗号通貨をハッキングできるようになるまでには、まだ長い道のりが残っています。しかし、古典的なコンピューターがこれまで歩んできた道と同じように、10 ビットの真空管から 1 秒あたり 500 億回以上の計算が可能になるまでに半世紀しかかからなかったように、その計算能力は毎年飛躍的に成長するでしょう。

元記事：「量子ハッカーは数分でビットコインを破ることができるが、まだ慌てる必要はない」

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