گوگل پرورش حالت‌های جادویی را در ویلو نشان می‌دهد

Google Quantum AI تکنیکی به نام «پرورش حالت جادویی» را روی پردازنده Willow خود به نمایش گذاشته و از کاهش ۴۰ برابری نرخ خطا در مقایسه با حالت‌های پرورش‌نیافته و وفاداری منطقی ۹۹٫۹۹٪ برای حالت‌های T خبر داده است. این نتیجه یکی از پرهزینه‌ترین بخش‌های محاسبات کوانتومی تحمل‌پذیر خطا را هدف می‌گیرد: تولید منابع کوانتومی باکیفیت موردنیاز برای اجرای قابل‌اعتماد الگوریتم‌های مفید.

این آزمایش به معنای آن نیست که دستگاهی capable از شکستن امضاهای رمزارزی یا رمزنگاری مدرن اینترنتی ساخته شده است. پژوهشگران Google گفتند پیش از آنکه پرورش حالت‌ها در یک رایانه کوانتومی عملی و تحمل‌پذیر در برابر خطا به کار گرفته شود، به نمایش‌های بزرگ‌تری نیاز خواهد بود. بااین‌حال، نتیجه Willow پشتیبانی آزمایشی بیشتری از روشی صرفه‌جو در منابع ارائه می‌کند؛ روشی که پیش‌تر عمدتاً بر پایه نظریه و شبیه‌سازی ارزیابی شده بود.

آزمایش Willow گلوگاه مهم محاسباتی را هدف می‌گیرد

حالت‌های جادویی، حالت‌های کوانتومی ویژه‌ای هستند که عملیاتی فراتر از مجموعه محدودی را ممکن می‌کنند؛ مجموعه‌ای که در بسیاری از سامانه‌های کوانتومی تصحیح‌شده از نظر خطا، به‌طور کارآمد قابل اجراست. این حالت‌ها به‌ویژه با گیت‌های T مرتبط‌اند؛ دسته‌ای از عملیات کوانتومی که برای محاسبات کوانتومی عمومی لازم است.

مدت‌ها انتظار می‌رفت ایجاد این حالت‌ها با خطای به‌اندازه کافی پایین، سهم بزرگی از کیوبیت‌های فیزیکی و زمان عملیاتی یک ماشین تحمل‌پذیر در برابر خطا را مصرف کند. Google Quantum AI گفته است برخی برآوردهای منابع، تا ۹۵٪ ظرفیت یک رایانه کوانتومی را به تولید حالت‌های جادویی اختصاص داده‌اند و سخت‌افزار نسبتاً کمی برای الگوریتمی باقی گذاشته‌اند که کاربر واقعاً می‌خواهد اجرا کند.

هدف پرورش حالت جادویی، کاهش این بار از طریق فرایندی پالایشی است. این روش به‌جای آنکه بلافاصله حالتی کاملاً محافظت‌شده را در یک کد کوانتومی بزرگ تولید کند، با تزریق حالتی پرنویزتر به بخشی کوچک‌تر از پردازنده آغاز می‌شود. سپس اندازه‌گیری‌های هماهنگ، حالت را از نظر خطا بررسی می‌کنند. تلاش‌های ناموفق کنار گذاشته می‌شوند، درحالی‌که نمونه‌های موفق به کدی بزرگ‌تر و مقاوم‌تر تبدیل می‌شوند.

این رویکرد به کنترل کیفیت در یک خط تولید شباهت دارد: منابع برای شناسایی زودهنگام خروجی‌های معیوب صرف می‌شوند، پیش از آنکه این خروجی‌ها وارد مراحل پردازشی بسیار پرهزینه‌تر شوند. مصالحه این است که برخی تلاش‌ها باید رد شوند، اما یک اجرای موفق می‌تواند در مقایسه با روش‌های متداول ایجاد حالتی جادویی با قابلیت اطمینان مشابه، به منابع بسیار کمتری نیاز داشته باشد.

پژوهشگران گوگل، کریگ گیدنی، نوآ شاتی و کودی جونز، توسعه رویکرد کِشت را در سال ۲۰۲۴ آغاز کردند. کار آن‌ها پیشنهاد می‌کرد که یک کد کوانتومی کوچک و با دقت مدیریت‌شده بتواند پیش از گسترش به کد بزرگ‌تر تصحیح خطا که برای یک پردازنده مقاوم در برابر خطا لازم است، حالتی پاک‌تر تولید کند.

گوگل اعلام کرد که برای تبدیل این مفهوم به یک نمایش مبتنی بر Willow، تغییرات سخت‌افزاری و مهندسی ضروری بود. وفاداری منطقی ۹۹.۹۹٪ گزارش‌شده به این معناست که حالت T تولیدشده با نرخ خطای منطقی اندازه‌گیری‌شده بسیار پایین، با حالت کوانتومی موردنظر مطابقت داشت. در رایانش کوانتومی مقاوم در برابر خطا، وفاداری منطقی بیش از عملکرد هر کیوبیت فیزیکی منفرد اهمیت دارد، زیرا ماشین‌های کاربردی باید خطاها را در میان اجزای متعددِ فعال در کنار یکدیگر مهار کنند.

برآورد بهتر منابع، نه شمارش معکوس تا Q-day

این پیشرفت بیش از آنکه بر ریسک کوتاه‌مدت رمزنگاری اثر بگذارد، بر اقتصاد ساخت رایانه‌های کوانتومی بزرگ اثر مستقیم دارد. اگر حالت‌های جادویی با کیوبیت‌های کمتر و دورهای کمتری از تصحیح خطا تولید شوند، پژوهشگران می‌توانند اندازه ماشین‌های لازم برای برخی بارهای کاری مقاوم در برابر خطا را کاهش دهند.

این امر می‌تواند برنامه‌ریزی تیم‌های سخت‌افزار کوانتومی را بهبود دهد، اما نشان نمی‌دهد که قطعات باقی‌مانده یک رایانه کوانتومی مرتبط با رمزنگاری آماده هستند. ماشینی که بتواند به سامانه‌های کلیدعمومیِ به‌طور گسترده استفاده‌شده حمله کند، باید کیوبیت‌های منطقی قابل‌اعتماد، مدارهای عمیقِ تصحیح‌شده با خطا، مقیاس محاسباتی عظیم و عملکرد مداوم را با هم ترکیب کند. آزمایش کِشت گوگل یکی از اجزای دشوار این مجموعه را پوشش می‌دهد.

نیک کارتر، هم‌بنیان‌گذار Castle Island Ventures، پیش‌بینی‌های سریع‌تر درباره رایانش کوانتومی را تا حدی به پیشرفت‌های کمک‌گرفته از هوش مصنوعی در تصحیح خطا مرتبط دانسته، در حالی که گفته است تهدیدی فوری برای سامانه‌های رمزنگاری وجود ندارد. الکس پرودن، مدیرعامل شرکت امنیت کوانتومی Project Eleven، استدلال کرده است که نتیجه گوگل لزوماً برآوردها درباره «Q-day» — نقطه‌ای که رایانه‌های کوانتومی بتوانند رمزنگاری کلیدعمومیِ فعلی را بشکنند — را جلو نمی‌اندازد، زیرا کِشت پیش‌تر در فرض‌های منابع محاسبه شده بود. در این چارچوب، این آزمایش به‌جای تغییر ناگهانی زمان‌بندی، این فرض‌ها را معتبرتر می‌کند.

زمان‌بندی‌ها همچنان نامشخص است. گوگل پیش‌تر گفته بود که هدفش انتقال سامانه‌های خود به رمزنگاری پساکوانتومی تا سال ۲۰۲۹ است. برخی پیش‌بینی‌های صنعتی، ظهور توانمندی‌های کوانتومیِ مرتبط با رمزنگاری را از اوایل سال ۲۰۲۸ محتمل دانسته‌اند، هرچند این تاریخ‌ها پیش‌بینی هستند، نه نقاط عطف فنی که محقق شده باشند.

مواجهه ارزهای دیجیتال بر امضاها متمرکز است

برای شبکه‌های ارز دیجیتال، مسئله اصلی بلندمدت امضاهای دیجیتال است. بیت‌کوین، اتریوم و بسیاری از شبکه‌های دیگر از رمزنگاری منحنی بیضوی استفاده می‌کنند تا ثابت کنند یک تراکنش توسط دارنده کلید خصوصی مجاز شده است. یک رایانه کوانتومیِ قدرتمند و مقاوم در برابر خطا، از نظر نظری می‌تواند با استفاده از الگوریتم شور، کلید خصوصی متناظر با یک کلید عمومی را بسیار کارآمدتر از رایانه‌های متعارف استخراج کند.

این خطر با تلاش جست‌وجوی فراگیر برای «حدس‌زدن» کلیدهای خصوصی متفاوت است. نرخ هش بیت‌کوین، که اغلب بر حسب اگزاهش یا زتاهش در ثانیه اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده توان محاسباتی اختصاص‌یافته به استخراج و ایمن‌سازی تولید بلاک بر اساس قوانین اثبات کار آن است. این نرخ مستقیماً از طرح‌های امضای دیجیتال در برابر حمله کوانتومی آینده مبتنی بر یک میان‌بُر ریاضی محافظت نمی‌کند.

میزان مواجهه عملی همچنین بر اساس نوع آدرس و سابقه تراکنش متفاوت خواهد بود. در بیت‌کوین، کلیدهای عمومی معمولاً هنگام خرج‌کردن وجوه از بسیاری از قالب‌های رایج آدرس آشکار می‌شوند. کوین‌هایی که در آدرس‌هایی نگهداری می‌شوند که کلیدهای عمومی‌شان هرگز افشا نشده است، ممکن است تا زمان جابه‌جایی با الگوی ریسک متفاوتی روبه‌رو باشند. هر برنامه مهاجرتی باید این تفاوت‌های فنی و همچنین احتمال وجود وجوه غیرفعال یا غیرقابل‌دسترسی را در نظر بگیرد.

گذار به سامانه‌ای مقاوم در برابر کوانتوم به توسعه پروتکل، پشتیبانی کیف‌پول، آزمایش، هماهنگی کاربران و روشی برای انتقال وجوه به طرح‌های جدید امضا نیاز دارد. تغییرات عمده قوانین، بسته به طراحی آن‌ها، ممکن است به سافت‌فورک، هاردفورک یا نوع دیگری از توافق در سطح شبکه نیاز داشته باشند. ذخیره‌سازی سرد از کلیدهای خصوصی در برابر بسیاری از تهدیدهای متعارف آنلاین محافظت می‌کند، اما به‌تنهایی یک امضای رمزنگاری آسیب‌پذیر را به امضایی مقاوم در برابر کوانتوم تبدیل نمی‌کند.

استانداردها مبنایی برای مهاجرت فراهم می‌کنند

ابزارهای دفاعی در حال شکل‌گیری رسمی‌تری هستند. مؤسسه ملی استانداردها و فناوری ایالات متحده نخستین استانداردهای رمزنگاری پساکوانتومی خود را در سال ۲۰۲۴ نهایی کرد: FIPS 203 برای سازوکار کپسوله‌سازی کلید ML-KEM، FIPS 204 برای امضاهای دیجیتال ML-DSA و FIPS 205 برای امضاهای مبتنی بر هش SLH-DSA.

این استانداردها الگوریتم‌های تأییدشده‌ای را برای سازمان‌هایی ارائه می‌کنند که سیستم‌های آسیب‌پذیر مبتنی بر کلید عمومی را در حوزه‌هایی مانند ارتباطات امن، احراز هویت نرم‌افزار و زیرساخت‌های مالی جایگزین می‌کنند. بااین‌حال، این استانداردها به‌طور خودکار انتخاب‌های طراحی پیش روی شبکه‌های غیرمتمرکز را حل نمی‌کنند؛ شبکه‌هایی که باید اندازه تراکنش، هزینه‌های اعتبارسنجی، سازگاری، تجمیع امضاها و حاکمیت اجماع را در نظر بگیرند.

بنابراین، نمایش Willow گوگل بیش از آنکه موجب نگرانی فوری بازار شود، بر ضرورت برنامه‌ریزی بلندمدت برای مهاجرت تأکید می‌کند. تولید حالت جادویی، سربار فنی قابل‌توجهی را در نقشه راه رایانش کوانتومی تحمل‌پذیر در برابر خطا کاهش داده است، اما فاصله میان یک نتیجه آزمایشگاهی و ماشینی که بتواند رمزنگاری‌های به‌کاررفته را تهدید کند همچنان چشمگیر است.

نگران تهدیدهای کوانتومی برای رمزارزها هستید؟ با راهنمای ما درباره امضاهای دیجیتال و نحوه کار آن‌ها.

سلب مسئولیت: محتوای این صفحه صرفاً برای اهداف اطلاع‌رسانی عمومی ارائه شده است و بیانگر دیدگاه‌ها یا توصیه‌های مالی Toobit نیست. ما هیچ تضمینی درباره دقت یا کامل‌بودن این اطلاعات ارائه نمی‌کنیم و در قبال هرگونه خطا، حذف یا پیامد ناشی از استفاده از آن مسئولیتی نخواهیم داشت. سرمایه‌گذاری در دارایی‌های دیجیتال با ریسک همراه است؛ کاربران باید وضعیت مالی و ریسک‌های مربوطه را به‌طور مستقل ارزیابی کنند. برای جزئیات بیشتر، لطفاً به شرایط استفاده از خدمات و افشای ریسک.