Durchbruch in der Quantencomputing-Technologie
Google hat einen bedeutenden Durchbruch in der Quantencomputing-Technologie angekündigt. Dabei wurde eine Technik demonstriert, die die Fehlerquote um den Faktor 40 reduziert und dazu beitragen könnte, leistungsstarke Quantencomputer praktikabler zu machen. Dieser Fortschritt erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem Forscher zunehmend warnen, dass zukünftige Quantenmaschinen die Kryptographie, die Bitcoin und andere digitale Vermögenswerte sichert, untergraben könnten.
Magic State Cultivation
Google Quantum AI gab am Donnerstag bekannt, dass Forscher erfolgreich eine Technik namens „Magic State Cultivation“ auf dem Quantenprozessor Willow des Unternehmens demonstriert haben. Damit wurde ein langjähriges Hindernis bei der Entwicklung großangelegter, fehlerkorrigierter Quantencomputer überwunden. Die Forschung, die in der wissenschaftlichen Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, erzielte eine 40-fache Reduktion der Fehler im Vergleich zu Quantenzuständen, die nicht dem Prozess unterzogen wurden. Die Forscher produzierten auch sogenannte T-Zustände mit einer rekordverdächtigen logischen Treue von 99,99 %, was eine außergewöhnlich hohe Genauigkeit in einem kritischen Bestandteil der Quantenberechnung demonstriert.
Herausforderungen und Fortschritte
Magic States sind spezialisierte Quantenressourcen, die benötigt werden, um bestimmte Operationen auszuführen, die für das allgemeine Quantencomputing unerlässlich sind. Ihre zuverlässige Herstellung war eine große ingenieurtechnische Herausforderung, wobei einige Schätzungen darauf hindeuten, dass bis zu 95 % der Kapazität eines Quantencomputers für ihre Produktion aufgewendet werden könnten. Die Technik von Google adressiert diesen Engpass, indem sie einen verrauschten Quantenstatus in einem kleinen Bereich eines Prozessors einführt und koordinierte Messungen verwendet, um Fehler zu erkennen und fehlerhafte Versuche zu eliminieren.
Die Forscher demonstrierten auch eine Methode zur Übertragung gereinigter Quantenzustände zwischen verschiedenen Fehlerkorrekturarchitekturen, eine wichtige Fähigkeit zur Skalierung von Quantensystemen. Obwohl Google anerkannte, dass erhebliche technische Herausforderungen bestehen bleiben, beschrieb das Unternehmen die Ergebnisse als einen entscheidenden Schritt in Richtung des Aufbaus nützlicher, fehlertoleranter Quantencomputer, die in der Lage sind, Probleme zu lösen, die über die Reichweite konventioneller Maschinen hinausgehen.
Bedrohung der Kryptographie
Der Durchbruch verstärkt die wachsenden Bedenken hinsichtlich der zukünftigen Verwundbarkeit der kryptografischen Sicherheit von Bitcoin gegenüber Quantencomputing, einem erwarteten Meilenstein, der als „Q-Day“ bekannt ist. Im März veröffentlichten Google-Forscher eine separate Analyse, die nahelegte, dass das Brechen der elliptischen Kurvenkryptographie, die den digitalen Signaturen von Bitcoin zugrunde liegt, weniger als 500.000 physische Qubits erfordern könnte – das ist ungefähr 20-mal weniger als einige frühere Schätzungen. Diese Forschung skizzierte auch ein theoretisches Szenario, in dem ausreichend fortgeschrittene Quantencomputer einen Bitcoin-Privatschlüssel aus einem exponierten öffentlichen Schlüssel in etwa neun Minuten ableiten könnten, was es Angreifern ermöglichen würde, Transaktionen vor der Bestätigung abzufangen. Forscher schätzten, dass etwa 6,9 Millionen BTC durch öffentlich offengelegte Schlüssel gefährdet sein könnten, einschließlich älterer Wallet-Formate und Adressen, die wiederverwendet wurden.
Aktuelle Situation und Ausblick
Allerdings existiert derzeit kein Quantencomputer, der in der Lage ist, solche Angriffe durchzuführen. Die neuesten Forschungen zu Magic States von Google zeigen nicht die Fähigkeit, die Kryptographie von Bitcoin zu brechen, adressieren jedoch eines der technischen Hindernisse für die Entwicklung von Maschinen, die dies möglicherweise irgendwann tun könnten. Im September warnte Fidelity Digital Assets, dass ausreichend leistungsstarke Quantencomputer schließlich Privatschlüssel aus exponierten Bitcoin-Öffentlichen Schlüsseln ableiten könnten. Das Unternehmen untersuchte quantenresistente Signatursysteme, einschließlich eines vorgeschlagenen Ansatzes namens SHRINCS, und hob die Komplikationen hervor, die durch größere Signaturen entstehen könnten, die den Transaktionsdurchsatz von Bitcoin verringern und die Gebühren erhöhen könnten.
Erst diese Woche veröffentlichte die Krypto-Börse Coinbase eine detaillierte Bewertung, die die Herausforderungen des Übergangs von Bitcoin zu quantenresistenter Kryptographie umreißt. Die Börse, die angibt, etwa 15 % des Bitcoin-Angebots zu sichern, betonte, dass der Austausch bestehender Signaturalgorithmen nur ein Teil der Lösung wäre. Entwickler müssen auch institutionelle Verwahrungssysteme, begrenzte Blockchain-Kapazitäten, die Kompatibilität mit bestehenden Wallets und Gelder, die in inaktiven Adressen gehalten werden, berücksichtigen. Coinbase verwies auf Vorschläge, einschließlich BIP-360, als potenzielle Grundlagen für die Einführung anpassungsfähigerer kryptografischer Schutzmaßnahmen.
Eine besonders schwierige Frage betrifft Bitcoin, die in Wallets gehalten werden, deren Besitzer ihre Privatschlüssel verloren haben oder aus anderen Gründen nicht in der Lage sind, ihre Gelder auf neue Sicherheitsstandards zu migrieren. Solche Bestände könnten selbst nach der Einführung quantenresistenter Schutzmaßnahmen weiterhin gefährdet bleiben. Google hat separat 2029 als Ziel für die Migration seiner eigenen Systeme zur post-quanten Kryptographie festgelegt, was die Vorbereitungen der breiteren Branche unterstreicht. Für Bitcoin besteht die Herausforderung nicht in einem unmittelbaren Sicherheitsversagen, sondern im potenziell langwierigen Prozess der Koordination von Upgrades über ein dezentrales Netzwerk hinweg – bevor Quantencomputer leistungsstark genug werden, um die bestehenden Schutzmaßnahmen zu bedrohen. Coinbase, das angibt, etwa 12 % aller Bitcoins zu sichern, hat die technischen und betrieblichen Hürden skizziert, die Bitcoin überwinden muss.
