Google Quantum AI продемонстрировала на своём процессоре Willow метод, называемый «культивацией магических состояний», сообщив о 40-кратном снижении уровня ошибок по сравнению с некультивированными состояниями и о 99,99% логической точности для T-состояний. Результат направлен на решение одной из самых затратных задач отказоустойчивых квантовых вычислений: создание высококачественных квантовых ресурсов, необходимых для надёжного выполнения полезных алгоритмов.
Этот эксперимент не означает, что появилась машина, способная взламывать криптовалютные подписи или современные интернет-системы шифрования. Исследователи Google заявили, что потребуются более масштабные демонстрации, прежде чем культивацию можно будет использовать в практическом отказоустойчивом квантовом компьютере. Тем не менее результат Willow предоставляет экспериментальное подтверждение метода экономии ресурсов, который ранее оценивался главным образом с помощью теории и моделирования.
Испытание Willow нацелено на устранение серьёзного вычислительного узкого места
Магические состояния — это специально подготовленные квантовые состояния, обеспечивающие операции, выходящие за пределы ограниченного набора, который можно эффективно выполнять во многих квантовых системах с коррекцией ошибок. Они особенно связаны с T-гейтами — классом квантовых операций, необходимым для универсальных квантовых вычислений.
Считалось, что создание таких состояний с достаточно низким уровнем ошибок будет долгое время поглощать значительную долю физических кубитов и рабочего времени отказоустойчивой машины. В Google Quantum AI заявили, что некоторые оценки ресурсов отводили до 95% мощности квантового компьютера на производство магических состояний, оставляя сравнительно мало аппаратных ресурсов для алгоритма, который пользователь действительно хочет запустить.
Культивация магических состояний призвана уменьшить эту нагрузку с помощью процесса фильтрации. Вместо немедленного создания полностью защищённого состояния в большом квантовом коде метод начинается с внедрения более зашумлённого состояния в небольшой участок процессора. Затем согласованные измерения проверяют состояние на наличие ошибок. Неудачные попытки отбрасываются, а успешные преобразуются в более крупное и устойчивое кодирование.
Такой подход напоминает контроль качества на производственной линии: ресурсы тратятся на раннее выявление дефектных результатов, прежде чем они попадут на гораздо более дорогие этапы обработки. Компромисс заключается в том, что некоторые попытки приходится отклонять, однако успешный запуск может требовать гораздо меньше ресурсов, чем традиционные методы создания столь же надёжного магического состояния.
Исследователи Google Крейг Гидни, Ноа Шатти и Коди Джонс начали разрабатывать метод культивации в 2024 году. В их работе предполагалось, что небольшой, тщательно управляемый квантовый код может создать более чистое состояние, прежде чем оно будет расширено до крупного кода коррекции ошибок, необходимого для отказоустойчивого процессора.
В Google заявили, что для превращения этой концепции в демонстрацию на базе Willow потребовались изменения в аппаратном обеспечении и инженерных решениях. Заявленная логическая точность 99,99% означает, что созданное T-состояние соответствовало заданному квантовому состоянию при очень низкой измеренной частоте логических ошибок. В отказоустойчивых квантовых вычислениях логическая точность важнее производительности любого отдельного физического кубита, поскольку полезные машины должны подавлять ошибки во множестве совместно работающих компонентов.
Более точная оценка ресурсов, а не обратный отсчёт до q-day
Эта разработка сильнее влияет на экономику создания крупных квантовых компьютеров, чем на краткосрочный криптографический риск. Если магические состояния можно создавать с использованием меньшего числа кубитов и меньшего количества циклов коррекции ошибок, исследователи смогут уменьшить размер машин, необходимых для определённых отказоустойчивых вычислительных задач.
Это может улучшить планирование для команд, занимающихся квантовым аппаратным обеспечением, но не означает, что остальные компоненты квантового компьютера, способного представлять криптографическую угрозу, уже готовы. Машине, способной атаковать широко используемые системы с открытым ключом, потребуется сочетание надёжных логических кубитов, глубоких схем с коррекцией ошибок, огромного вычислительного масштаба и продолжительной работы. Эксперимент Google по культивации затрагивает один сложный компонент этой системы.
Ник Картер, сооснователь Castle Island Ventures, частично связал более быстрые прогнозы развития квантовых вычислений с достижениями в коррекции ошибок при содействии ИИ, одновременно заявив, что криптографическим системам не угрожает немедленная опасность. Алекс Пруден, генеральный директор компании Project Eleven, занимающейся квантовой безопасностью, утверждал, что результат Google не обязательно приближает оценки наступления «Q-day» — момента, когда квантовые компьютеры смогут взломать используемую сегодня криптографию с открытым ключом, — поскольку культивация уже учитывалась в предыдущих оценках ресурсов. В такой интерпретации эксперимент делает эти предположения более убедительными, а не внезапно меняет сроки.
Сроки остаются неопределёнными. Ранее Google заявляла, что намерена перевести собственные системы на постквантовую криптографию к 2029 году. Некоторые отраслевые прогнозы допускают появление квантовых возможностей, значимых для криптографии, уже в 2028 году, хотя такие даты являются прогнозами, а не достигнутыми техническими этапами.
Криптовалютные риски сосредоточены на подписях
Для криптовалютных сетей главная долгосрочная проблема связана с цифровыми подписями. Bitcoin, Ethereum и многие другие сети используют криптографию на эллиптических кривых, чтобы доказать, что транзакция была авторизована владельцем приватного ключа. Достаточно мощный отказоустойчивый квантовый компьютер теоретически мог бы использовать алгоритм Шора для получения приватного ключа из соответствующего публичного ключа значительно эффективнее, чем обычный компьютер.
Этот риск отличается от попытки перебором «угадать» приватные ключи. Хешрейт Bitcoin, часто измеряемый в экзахешах или зеттахешах в секунду, отражает вычислительную работу, направленную на майнинг и обеспечение безопасности создания блоков в рамках правил proof-of-work. Он не защищает напрямую схемы подписей от будущей квантовой атаки, основанной на математическом упрощении.
Практический уровень риска также будет различаться в зависимости от типа адреса и истории транзакций. В Bitcoin публичные ключи обычно раскрываются при расходовании средств со многих распространённых форматов адресов. Монеты, хранящиеся на адресах, публичные ключи которых никогда не раскрывались, могут иметь иной профиль риска до момента их перемещения. При разработке любого плана миграции необходимо учитывать эти технические различия, а также возможность наличия неактивных или недоступных средств.
Переход на квантово-устойчивые решения потребует разработки протокола, поддержки со стороны кошельков, тестирования, координации пользователей и способа перемещения средств на новые схемы подписей. Крупные изменения правил в зависимости от их конструкции могут потребовать soft fork, hard fork или иного соглашения на уровне сети. Холодное хранение защищает приватные ключи от многих традиционных онлайн-угроз, но само по себе не превращает уязвимую криптографическую подпись в квантово-устойчивую.
Стандарты закладывают основу для миграции
Защитные инструменты начинают приобретать более формализованный вид. Национальный институт стандартов и технологий США в 2024 году утвердил первые стандарты постквантовой криптографии: FIPS 203 для механизма инкапсуляции ключей ML-KEM, FIPS 204 для цифровых подписей ML-DSA и FIPS 205 для хеш-ориентированных подписей SLH-DSA.
Эти стандарты содержат одобренные алгоритмы для организаций, заменяющих уязвимые системы с открытым ключом в таких областях, как защищённые коммуникации, аутентификация программного обеспечения и финансовая инфраструктура. Однако они не решают автоматически проектные задачи децентрализованных сетей, которым необходимо учитывать размер транзакций, затраты на верификацию, совместимость, агрегацию подписей и управление консенсусом.
Таким образом, демонстрация Google Willow усиливает необходимость долгосрочного планирования миграции, а не вызывает немедленную тревогу на рынках. Культивация магических состояний снизила значительные технические издержки на пути к отказоустойчивым квантовым вычислениям, однако расстояние между лабораторным результатом и машиной, способной угрожать используемой криптографии, всё ещё велико.
Беспокоят квантовые угрозы для криптовалют? Укрепите свою стратегию с помощью нашего руководства по цифровым подписям и принципам их работы.
Отказ от ответственности: Содержимое этой страницы предоставлено исключительно в общих информационных целях и не отражает взгляды или финансовые рекомендации Toobit. Мы не гарантируем точность или полноту этой информации и не несём ответственности за какие-либо ошибки, пропуски или последствия, возникшие в результате её использования. Инвестиции в цифровые активы сопряжены с риском; пользователям следует самостоятельно оценить своё финансовое положение и связанные с этим риски. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими Условиями обслуживания и Раскрытием информации о рисках.
