Quantenmechanischer Durchbruch von IBM
Der neueste quantenmechanische Durchbruch von IBM hat die Krypto-Welt einem Albtraumszenario nähergebracht: einem Computer, der in der Lage ist, die Verschlüsselung von Bitcoin zu brechen. In einem Bericht, der Anfang dieses Monats veröffentlicht wurde, berichteten Forscher von IBM, dass sie einen 120-Qubit-verschlungenen Quantenzustand geschaffen haben – den bedeutendsten und stabilsten seiner Art bis heute.
Das Experiment
Das Experiment, das in einem Papier mit dem Titel „Big Cats: Entanglement in 120 Qubits and Beyond“ beschrieben wird, demonstriert echte multipartite Verschränkung über alle Qubits – ein entscheidender Schritt in Richtung fehlertoleranter Quantencomputer, die eines Tages Algorithmen ausführen könnten, die leistungsstark genug sind, um moderne Kryptografie zu knacken.
„Wir streben an, einen großen verschlungenen Ressourcen-Zustand auf einem Quantencomputer zu schaffen, indem wir einen Schaltkreis verwenden, dessen Rauschen unterdrückt wird“, schrieben die Forscher.
Der Bericht erscheint inmitten rascher Fortschritte und wachsender Konkurrenz unter großen Technologieunternehmen, die praktische Quantencomputer entwickeln wollen. IBMs Durchbruch übertrifft Google Quantum AI, dessen 105-Qubit-Willow-Chip letzte Woche einen physikalischen Algorithmus schneller ausführte, als es ein klassischer Computer simulieren konnte.
GHZ-Zustände und ihre Bedeutung
In der Studie verwendete das IBM-Team eine Klasse von Quantenzuständen, die als Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) bekannt sind, oft auch „Katzzustände“ genannt, nach Schrödingers berühmtem Gedankenexperiment. Ein GHZ-Zustand ist ein System, in dem jeder Qubit in einer Überlagerung von allen Nullen und allen Einsen gleichzeitig existiert. Wenn sich ein Qubit ändert, ändern sich alle – etwas, das in der klassischen Physik unmöglich ist.
„Neben ihrem praktischen Nutzen wurden GHZ-Zustände historisch als Benchmark in verschiedenen Quantenplattformen wie Ionen, Supraleitern, neutralen Atomen und Photonen verwendet“, schrieben die Forscher.
„Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass diese Zustände extrem empfindlich gegenüber Imperfektionen im Experiment sind – in der Tat können sie verwendet werden, um Quantenmessungen an der Heisenberg-Grenze zu erreichen“, sagten sie und verwiesen auf die ultimative Grenze, wie präzise etwas in der Quantenphysik gemessen werden kann.
Technische Details und Ergebnisse
Um 120 Qubits zu erreichen, verwendeten die IBM-Forscher supraleitende Schaltkreise und einen adaptiven Compiler, der Operationen auf die am wenigsten rauschenden Bereiche des Chips abbildete. Sie verwendeten auch einen Prozess namens temporäres Uncomputing, bei dem Qubits, die ihre Rolle beendet hatten, vorübergehend entwirrt wurden, sodass sie sich in einem stabilen Zustand ausruhen konnten, bevor sie später wieder verbunden wurden.
Die Qualität des Ergebnisses wurde mithilfe von Fidelity gemessen, einem Maß dafür, wie genau der erzeugte Zustand dem idealen mathematischen Zustand entspricht. Eine Fidelity von 1,0 würde perfekte Kontrolle bedeuten; 0,5 ist die Schwelle, die vollständige Quantenverschränkung bestätigt. IBMs 120-Qubit-GHZ-Zustand erzielte 0,56, genug, um zu beweisen, dass jeder Qubit Teil eines einzigen, kohärenten Systems blieb.
Solche Ergebnisse direkt zu verifizieren, ist rechnerisch unmöglich – das Testen aller Konfigurationen von 120 Qubits würde länger dauern als das Alter des Universums. Stattdessen verließ sich IBM auf zwei statistische Abkürzungen: Paritätsoszillationstests, die kollektive Interferenzmuster verfolgen, und Direct Fidelity Estimation, die zufällig eine Teilmenge der messbaren Eigenschaften des Zustands, die Stabilizer genannt werden, abtastet.
Die Bedrohung für Bitcoin
Obwohl sie noch weit davon entfernt sind, eine echte kryptografische Bedrohung darzustellen, bringt IBMs Durchbruch Experimente einen Schritt näher daran, die 6,6 Millionen BTC – im Wert von etwa 767,28 Milliarden Dollar – zu gefährden, die die Quantenforschungsgruppe Project 11 als anfällig für einen Quantenangriff warnte. Zu den gefährdeten Münzen gehören auch die von Bitcoin-Schöpfer Satoshi Nakamoto.
„Das ist eine der größten Kontroversen von Bitcoin: Was soll mit Satoshis Münzen geschehen? Man kann sie nicht bewegen, und Satoshi ist vermutlich verschwunden“, sagte Alex Pruden, Gründer von Project 11, gegenüber Decrypt.
„Was passiert also mit diesem Bitcoin? Es ist ein erheblicher Teil des Angebots. Soll man es verbrennen, umverteilen oder einem Quantencomputer überlassen? Das sind die einzigen Optionen.“
Sobald eine Bitcoin-Adresse ihren öffentlichen Schlüssel offenbart, könnte ein leistungsstarker Quantencomputer theoretisch in der Lage sein, ihn zu rekonstruieren und die Gelder vor der Bestätigung zu beschlagnahmen. Während IBMs 120-Qubit-System selbst nicht die Kapazität hat, zeigt es Fortschritte in Richtung dieser Skala. Da IBM bis 2030 fehlertolerante Systeme anstrebt – und Google und Quantinuum ähnliche Ziele verfolgen – wird der Zeitrahmen für eine Quantenbedrohung für digitale Vermögenswerte zunehmend realistisch.
