A Google Quantum AI demonstrou uma técnica denominada “cultivo de estados mágicos” no seu processador Willow, comunicando uma redução de 40 vezes nas taxas de erro em comparação com estados não cultivados e uma fidelidade lógica de 99,99% para estados-T. O resultado visa uma das partes mais dispendiosas da computação quântica tolerante a falhas: produzir os recursos quânticos de elevada qualidade necessários para executar algoritmos úteis de forma fiável.
A experiência não significa que tenha surgido uma máquina capaz de quebrar assinaturas de criptomoedas ou a encriptação moderna da Internet. Os investigadores da Google afirmaram que serão necessárias demonstrações de maior dimensão antes de o cultivo poder ser utilizado num computador quântico tolerante a falhas prático. Ainda assim, o resultado do Willow acrescenta suporte experimental a um método de poupança de recursos que anteriormente tinha sido avaliado sobretudo através de teoria e simulação.
O teste do Willow visa um importante estrangulamento da computação
Os estados mágicos são estados quânticos especialmente preparados que permitem operações para além do conjunto limitado que pode ser executado eficientemente em muitos sistemas quânticos com correcção de erros. Estão particularmente associados às portas-T, uma classe de operações quânticas necessária para a computação quântica universal.
Há muito que se prevê que a criação desses estados com um erro suficientemente baixo consuma uma grande parte dos qubits físicos e do tempo de funcionamento de uma máquina tolerante a falhas. A Google Quantum AI afirmou que algumas estimativas de recursos atribuíram até 95% da capacidade de um computador quântico à produção de estados mágicos, deixando comparativamente pouco hardware disponível para o algoritmo que o utilizador realmente pretende executar.
O cultivo de estados mágicos procura reduzir esse peso através de um processo de filtragem. Em vez de produzir imediatamente um estado totalmente protegido num código quântico de grandes dimensões, o método começa por injectar um estado mais ruidoso numa secção mais pequena do processador. De seguida, medições coordenadas verificam se o estado contém erros. As tentativas falhadas são descartadas, enquanto as bem-sucedidas são convertidas numa codificação maior e mais robusta.
Esta abordagem assemelha-se ao controlo de qualidade numa linha de produção: os recursos são gastos a identificar precocemente os resultados defeituosos, antes de estes entrarem nas fases de processamento muito mais dispendiosas. A contrapartida é que algumas tentativas têm de ser rejeitadas, mas uma execução bem-sucedida pode exigir muito menos recursos do que os métodos convencionais de criação de um estado mágico com fiabilidade semelhante.
Os investigadores da Google Craig Gidney, Noah Shutty e Cody Jones começaram a desenvolver a abordagem de cultivo em 2024. O seu trabalho propôs que um pequeno código quântico, cuidadosamente gerido, poderia produzir um estado mais limpo antes de ser expandido para o código maior de correção de erros necessário para um processador tolerante a falhas.
A Google afirmou que foram necessárias alterações ao hardware e à engenharia para transformar o conceito numa demonstração baseada no Willow. A fidelidade lógica de 99,99% comunicada significa que o estado T produzido correspondeu ao estado quântico pretendido, com uma taxa de erro lógico medida muito baixa. Na computação quântica tolerante a falhas, a fidelidade lógica é mais importante do que o desempenho de qualquer qubit físico individual, porque as máquinas úteis têm de suprimir erros em muitos componentes que trabalham em conjunto.
Uma estimativa de recursos melhor, não uma contagem decrescente para o q-day
O desenvolvimento afeta mais diretamente a economia da construção de grandes computadores quânticos do que o risco criptográfico a curto prazo. Se os estados mágicos puderem ser produzidos com menos qubits e menos rondas de correção de erros, os investigadores poderão reduzir a dimensão das máquinas necessárias para determinadas cargas de trabalho tolerantes a falhas.
Isso poderá melhorar o planeamento das equipas de hardware quântico, mas não estabelece que os restantes elementos de um computador quântico relevante para a criptografia estejam prontos. Uma máquina capaz de atacar sistemas de chave pública amplamente utilizados teria de combinar qubits lógicos fiáveis, circuitos profundos com correção de erros, uma escala computacional enorme e funcionamento contínuo. A experiência de cultivo da Google aborda um componente exigente dessa estrutura.
Nic Carter, cofundador da Castle Island Ventures, associou projeções mais rápidas para a computação quântica, em parte, a avanços na correção de erros apoiados por IA, afirmando simultaneamente que não existe uma ameaça iminente aos sistemas criptográficos. Alex Pruden, diretor executivo da empresa de segurança quântica Project Eleven, defendeu que o resultado da Google não antecipa necessariamente as estimativas para o “Q-day” — o momento em que os computadores quânticos poderão quebrar a criptografia de chave pública atualmente implementada — porque o cultivo já estava incluído nas estimativas de recursos anteriores. Nessa perspetiva, a experiência torna essas estimativas mais credíveis, em vez de alterar abruptamente o calendário.
Os prazos continuam incertos. A Google afirmou anteriormente que pretendia fazer a transição dos seus próprios sistemas para criptografia pós-quântica até 2029. Algumas previsões do setor apontaram para o surgimento de capacidades quânticas criptograficamente relevantes já em 2028, embora essas datas sejam projeções e não marcos técnicos já alcançados.
A exposição das criptomoedas centra-se nas assinaturas
Nas redes de criptomoedas, a principal questão a longo prazo são as assinaturas digitais. A Bitcoin, a Ethereum e muitas outras redes utilizam criptografia de curva elíptica para provar que uma transação foi autorizada pelo detentor de uma chave privada. Um computador quântico suficientemente potente e tolerante a falhas poderia, teoricamente, utilizar o algoritmo de Shor para derivar uma chave privada a partir da chave pública correspondente de forma muito mais eficiente do que um computador convencional.
Esse risco é distinto de uma tentativa de força bruta para “adivinhar” chaves privadas. A taxa de hash da Bitcoin, frequentemente medida em exahashes ou zettahashes por segundo, reflete o trabalho computacional dedicado à mineração e à proteção da produção de blocos ao abrigo das suas regras de prova de trabalho. Não protege diretamente os esquemas de assinatura contra um futuro ataque quântico baseado num atalho matemático.
A exposição prática também variaria consoante o tipo de endereço e o histórico de transações. Na Bitcoin, as chaves públicas são geralmente reveladas quando os fundos são gastos a partir de muitos formatos de endereço comuns. As moedas detidas em endereços cujas chaves públicas nunca foram expostas podem enfrentar um perfil de risco diferente até serem movimentadas. Qualquer plano de migração teria de ter em conta essas diferenças técnicas, bem como a possibilidade de existirem fundos inativos ou inacessíveis.
Uma transição resistente à computação quântica exigiria desenvolvimento do protocolo, suporte por parte das carteiras, testes, coordenação dos utilizadores e um método para transferir fundos para novos esquemas de assinatura. Alterações importantes às regras poderiam exigir um soft fork, um hard fork ou outro tipo de acordo ao nível da rede, dependendo da sua conceção. O armazenamento offline protege as chaves privadas contra muitas ameaças online convencionais, mas não converte, por si só, uma assinatura criptográfica vulnerável numa assinatura resistente à computação quântica.
As normas oferecem uma base para a migração
As ferramentas de defesa começam a assumir uma forma mais formal. O Instituto Nacional de Normas e Tecnologia dos EUA finalizou as suas primeiras normas de criptografia pós-quântica em 2024: a FIPS 203 para o mecanismo de encapsulamento de chaves ML-KEM, a FIPS 204 para assinaturas digitais ML-DSA e a FIPS 205 para assinaturas baseadas em funções hash SLH-DSA.
Essas normas fornecem algoritmos aprovados para organizações que substituem sistemas vulneráveis de chave pública em áreas como comunicações seguras, autenticação de software e infraestruturas financeiras. Não resolvem automaticamente as escolhas de design com que se deparam as redes descentralizadas, que têm de ponderar o tamanho das transações, os custos de verificação, a compatibilidade, a agregação de assinaturas e a governação do consenso.
A demonstração Willow da Google coloca, por isso, mais pressão sobre o planeamento da migração a longo prazo do que sobre alarmes imediatos do mercado. O cultivo de estados mágicos reduziu uma sobrecarga técnica significativa no roteiro da computação quântica tolerante a falhas, enquanto a distância entre um resultado laboratorial e uma máquina capaz de ameaçar a criptografia implementada continua a ser substancial.
Preocupado com as ameaças quânticas às criptomoedas? Reforce a sua estratégia com o nosso guia sobre assinaturas digitais e o seu funcionamento.
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