Google Quantum AI đã trình diễn một kỹ thuật gọi là “nuôi cấy trạng thái ma” trên bộ xử lý Willow, báo cáo mức giảm sai số gấp 40 lần so với các trạng thái chưa được nuôi cấy và độ trung thực logic 99,99% đối với các trạng thái T. Kết quả này nhắm đến một trong những phần tốn kém nhất của điện toán lượng tử chịu lỗi: tạo ra các tài nguyên lượng tử chất lượng cao cần thiết để chạy các thuật toán hữu ích một cách đáng tin cậy.
Thí nghiệm này không có nghĩa là đã xuất hiện một cỗ máy có khả năng phá chữ ký tiền mã hóa hoặc mã hóa internet hiện đại. Các nhà nghiên cứu của Google cho biết sẽ cần những cuộc trình diễn quy mô lớn hơn trước khi phương pháp nuôi cấy có thể được sử dụng trong một máy tính lượng tử chịu lỗi thực tế. Tuy vậy, kết quả trên Willow bổ sung bằng chứng thực nghiệm cho một phương pháp tiết kiệm tài nguyên vốn trước đây chủ yếu được đánh giá thông qua lý thuyết và mô phỏng.
Thử nghiệm Willow nhắm vào nút thắt lớn của điện toán
Trạng thái ma là những trạng thái lượng tử được chuẩn bị đặc biệt, cho phép thực hiện các phép toán nằm ngoài tập hợp hạn chế vốn có thể được thực hiện hiệu quả trong nhiều hệ thống lượng tử đã sửa lỗi. Chúng đặc biệt gắn liền với các cổng T, một lớp phép toán lượng tử cần thiết cho điện toán lượng tử phổ dụng.
Việc tạo ra các trạng thái đó với mức sai số đủ thấp từ lâu được dự đoán sẽ tiêu tốn phần lớn qubit vật lý và thời gian vận hành của một máy chịu lỗi. Google Quantum AI cho biết một số ước tính tài nguyên đã phân bổ tới 95% công suất của máy tính lượng tử cho việc sản xuất trạng thái ma, khiến tương đối ít phần cứng còn lại cho thuật toán mà người dùng thực sự muốn chạy.
Phương pháp nuôi cấy trạng thái ma nhằm giảm gánh nặng đó thông qua một quy trình lọc. Thay vì ngay lập tức tạo ra một trạng thái được bảo vệ hoàn toàn trong một mã lượng tử lớn, phương pháp này bắt đầu bằng cách đưa một trạng thái nhiễu hơn vào một phần nhỏ hơn của bộ xử lý. Các phép đo phối hợp sau đó kiểm tra trạng thái để phát hiện lỗi. Những lần thử thất bại sẽ bị loại bỏ, còn những lần thành công được chuyển đổi thành một mã hóa lớn hơn và bền vững hơn.
Cách tiếp cận này giống như kiểm soát chất lượng trên dây chuyền sản xuất: tài nguyên được dùng để sớm xác định các sản phẩm lỗi, trước khi chúng đi vào những công đoạn xử lý tốn kém hơn nhiều. Đổi lại, một số lần thử phải bị loại bỏ, nhưng một lần chạy thành công có thể cần ít tài nguyên hơn đáng kể so với các phương pháp truyền thống để tạo ra một trạng thái ma có độ tin cậy tương đương.
Các nhà nghiên cứu của Google là Craig Gidney, Noah Shutty và Cody Jones bắt đầu phát triển phương pháp nuôi dưỡng này vào năm 2024. Công trình của họ đề xuất rằng một mã lượng tử nhỏ, được quản lý cẩn thận, có thể tạo ra một trạng thái sạch hơn trước khi được mở rộng thành mã sửa lỗi lớn hơn cần thiết cho một bộ xử lý chịu lỗi.
Google cho biết cần có những thay đổi về phần cứng và kỹ thuật để biến ý tưởng này thành một thử nghiệm dựa trên Willow. Độ trung thực logic 99,99% được báo cáo có nghĩa là trạng thái T được tạo ra khớp với trạng thái lượng tử dự kiến, với tỷ lệ lỗi logic đo được rất thấp. Trong điện toán lượng tử chịu lỗi, độ trung thực logic quan trọng hơn hiệu năng của bất kỳ qubit vật lý riêng lẻ nào, bởi những cỗ máy hữu ích phải triệt tiêu lỗi trên nhiều thành phần hoạt động cùng nhau.
Ước tính tài nguyên tốt hơn, không phải đếm ngược đến Q-day
Sự phát triển này tác động trực tiếp đến tính kinh tế của việc xây dựng các máy tính lượng tử lớn nhiều hơn là rủi ro mật mã trong ngắn hạn. Nếu có thể tạo ra các trạng thái kỳ diệu với ít qubit hơn và ít vòng sửa lỗi hơn, các nhà nghiên cứu có thể giảm quy mô máy cần thiết cho một số tác vụ điện toán chịu lỗi.
Điều đó có thể cải thiện việc lập kế hoạch cho các nhóm phát triển phần cứng lượng tử, nhưng không chứng minh rằng những thành phần còn lại của một máy tính lượng tử có ý nghĩa đối với mật mã đã sẵn sàng. Một cỗ máy có khả năng tấn công các hệ thống khóa công khai được triển khai rộng rãi sẽ cần kết hợp các qubit logic đáng tin cậy, các mạch được sửa lỗi với độ sâu lớn, quy mô tính toán khổng lồ và khả năng vận hành liên tục. Thử nghiệm nuôi dưỡng của Google giải quyết một thành phần đầy thách thức trong hệ thống đó.
Nic Carter, đồng sáng lập Castle Island Ventures, cho rằng các dự báo về điện toán lượng tử nhanh hơn một phần bắt nguồn từ những tiến bộ về sửa lỗi có sự hỗ trợ của AI, đồng thời nói rằng hiện chưa có mối đe dọa cận kề đối với các hệ thống mật mã. Alex Pruden, giám đốc điều hành của công ty bảo mật lượng tử Project Eleven, lập luận rằng kết quả của Google không nhất thiết làm sớm hơn các ước tính về “Q-day” — thời điểm máy tính lượng tử có thể phá vỡ mật mã khóa công khai đang được triển khai — vì việc nuôi dưỡng đã được tính đến trong các giả định về tài nguyên trước đây. Theo cách nhìn này, thí nghiệm khiến những giả định đó trở nên đáng tin cậy hơn thay vì đột ngột thay đổi mốc thời gian.
Mốc thời gian vẫn chưa chắc chắn. Trước đây, Google cho biết họ đặt mục tiêu chuyển các hệ thống của mình sang mật mã hậu lượng tử vào năm 2029. Một số dự báo trong ngành cho rằng các năng lực lượng tử có ý nghĩa về mặt mật mã có thể xuất hiện sớm nhất vào năm 2028, mặc dù những mốc thời gian này chỉ là dự phóng chứ không phải các cột mốc kỹ thuật đã đạt được.
Mức độ phơi nhiễm của tiền mã hóa tập trung vào chữ ký
Đối với các mạng tiền mã hóa, vấn đề dài hạn chủ yếu nằm ở chữ ký số. Bitcoin, Ethereum và nhiều mạng khác sử dụng mật mã đường cong elliptic để chứng minh rằng một giao dịch đã được chủ sở hữu khóa riêng cho phép. Về lý thuyết, một máy tính lượng tử đủ mạnh và có khả năng chống lỗi có thể sử dụng thuật toán Shor để suy ra khóa riêng từ khóa công khai tương ứng hiệu quả hơn nhiều so với máy tính thông thường.
Rủi ro đó khác với nỗ lực vét cạn nhằm “đoán” các khóa riêng. Tốc độ băm của Bitcoin, thường được đo bằng exahash hoặc zettahash mỗi giây, phản ánh khối lượng tính toán dành cho việc đào và bảo đảm quá trình tạo khối theo các quy tắc proof-of-work. Nó không trực tiếp bảo vệ các hệ thống chữ ký khỏi một cuộc tấn công lượng tử trong tương lai dựa trên một thủ thuật toán học.
Mức độ phơi nhiễm thực tế cũng sẽ khác nhau tùy loại địa chỉ và lịch sử giao dịch. Trong Bitcoin, khóa công khai thường được tiết lộ khi tiền được chi tiêu từ nhiều định dạng địa chỉ phổ biến. Các đồng coin được giữ tại những địa chỉ mà khóa công khai chưa từng bị lộ có thể có hồ sơ rủi ro khác cho đến khi chúng được chuyển đi. Bất kỳ kế hoạch chuyển đổi nào cũng cần tính đến những khác biệt kỹ thuật đó, cũng như khả năng tồn tại các khoản tiền không hoạt động hoặc không thể truy cập.
Quá trình chuyển đổi sang hệ thống chống lượng tử sẽ đòi hỏi phát triển giao thức, hỗ trợ ví, thử nghiệm, phối hợp người dùng và một phương thức chuyển tiền sang các hệ thống chữ ký mới. Những thay đổi quy tắc lớn có thể cần soft fork, hard fork hoặc một hình thức đồng thuận khác ở cấp mạng, tùy thuộc vào thiết kế. Lưu trữ lạnh bảo vệ khóa riêng khỏi nhiều mối đe dọa trực tuyến thông thường, nhưng bản thân nó không biến một chữ ký mật mã dễ bị tấn công thành chữ ký chống lượng tử.
Các tiêu chuẩn tạo nền tảng cho quá trình chuyển đổi
Các công cụ phòng vệ đang bắt đầu được định hình một cách chính thức hơn. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ đã hoàn thiện các tiêu chuẩn mật mã hậu lượng tử đầu tiên vào năm 2024: FIPS 203 cho cơ chế đóng gói khóa ML-KEM, FIPS 204 cho chữ ký số ML-DSA và FIPS 205 cho chữ ký dựa trên hàm băm SLH-DSA.
Các tiêu chuẩn đó cung cấp những thuật toán được phê duyệt cho các tổ chức đang thay thế hệ thống khóa công khai dễ bị tấn công trong các lĩnh vực như truyền thông bảo mật, xác thực phần mềm và hạ tầng tài chính. Tuy nhiên, chúng không tự động giải quyết các lựa chọn thiết kế mà các mạng phi tập trung phải đối mặt, bao gồm việc cân nhắc kích thước giao dịch, chi phí xác minh, khả năng tương thích, tổng hợp chữ ký và quản trị đồng thuận.
Do đó, màn trình diễn Willow của Google tạo thêm áp lực lên kế hoạch chuyển đổi dài hạn thay vì gây cảnh báo ngay lập tức trên thị trường. Việc tạo trạng thái ma đã cắt giảm một phần đáng kể chi phí kỹ thuật trong lộ trình điện toán lượng tử chịu lỗi, trong khi khoảng cách giữa kết quả trong phòng thí nghiệm và một cỗ máy có khả năng đe dọa mật mã đang được triển khai vẫn còn rất lớn.
Lo lắng về các mối đe dọa lượng tử đối với tiền mã hóa? Hãy củng cố chiến lược của bạn với hướng dẫn của chúng tôi về chữ ký số và cách chúng hoạt động.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Nội dung trên trang này chỉ nhằm mục đích cung cấp thông tin chung và không thể hiện quan điểm hay lời khuyên tài chính của Toobit. Chúng tôi không đảm bảo tính chính xác hoặc đầy đủ của thông tin này và không chịu trách nhiệm đối với bất kỳ lỗi, thiếu sót hoặc kết quả nào phát sinh từ việc sử dụng thông tin. Đầu tư vào tài sản số có rủi ro; người dùng nên tự đánh giá tình hình tài chính và các rủi ro liên quan. Để biết thêm chi tiết, vui lòng xem Điều khoản dịch vụ và Công bố rủi ro.
