Theo nghiên cứu mới từ Viện Công nghệ California (Caltech), các máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ mật mã hiện đại có thể yêu cầu số lượng qubit ít hơn nhiều so với ước tính trước đây.
Trong nghiên cứu công bố hôm thứ Hai, Caltech đã hợp tác với Oratomic, một công ty khởi nghiệp về máy tính lượng tử có trụ sở tại Pasadena do các nhà nghiên cứu Caltech thành lập, để phát triển một hệ thống nguyên tử trung hòa mới, trong đó các nguyên tử riêng lẻ được giữ và điều khiển bằng laser để hoạt động như các qubit. Việc này có thể cho phép một máy tính lượng tử chịu lỗi chạy thuật toán Shor, vốn có thể suy ra khóa riêng (private key) từ khóa công khai (public key) được sử dụng trong mật mã đường cong elliptic của Bitcoin, chỉ với 10.000 qubit nguyên tử có thể cấu hình lại.
Đồng sáng lập và Giám đốc điều hành của Oratomic, Dolev Bluvstein, một cộng tác viên vật lý thỉnh giảng tại Caltech, cho biết những tiến bộ trong điện toán lượng tử đang đẩy nhanh thời gian xuất hiện của các máy thực tế và gia tăng áp lực phải chuyển sang mật mã kháng lượng tử.
“Mọi người thường nghĩ máy tính lượng tử luôn còn 10 năm nữa mới xuất hiện,” Bluvstein nói với Decrypt. “Nhưng nếu nhìn lại cách đây hơn mười năm, các ước tính tốt nhất về những gì cần thiết cho thuật toán Shor là một tỷ qubit, trong khi các hệ thống tốt nhất chúng tôi có trong phòng thí nghiệm chỉ khoảng năm qubit.”
Các hệ thống sửa lỗi phổ biến nhất hiện nay thường yêu cầu khoảng 1.000 qubit vật lý để tạo ra một qubit logic đáng tin cậy duy nhất, đơn vị được sửa lỗi dùng để thực hiện các phép tính. Chi phí này đã đẩy ước tính cho các hệ thống chịu lỗi thực tế lên đến hàng triệu qubit, làm chậm tiến độ hướng tới các cỗ máy có khả năng chạy các thuật toán có thể đe dọa mật mã RSA và đường cong elliptic được sử dụng bởi Bitcoin và Ethereum.
Bluvstein lưu ý rằng các hệ thống phòng thí nghiệm hiện tại đang tiếp cận – và trong một số trường hợp vượt quá – 6.000 qubit vật lý. Nói cách khác, rủi ro mật mã có thể đến sớm hơn nhiều so với dự đoán của các chuyên gia trước đây.
Ông nói: “Bạn thực sự có thể thấy kích thước hệ thống và khả năng kiểm soát tăng lên theo thời gian khi kích thước hệ thống yêu cầu giảm xuống.”
Vào tháng 9, các nhà nghiên cứu Caltech đã tiết lộ một máy tính lượng tử nguyên tử trung hòa hoạt động với 6.100 qubit với độ chính xác 99,98% và thời gian kết nối 13 giây. Đây là một cột mốc quan trọng hướng tới các máy lượng tử được sửa lỗi, đồng thời cũng làm dấy lên những lo ngại mới về các mối đe dọa trong tương lai đối với Bitcoin từ thuật toán Shor.
Mối đe dọa này đã thúc đẩy các chính phủ và công ty công nghệ bắt đầu chuyển sang mật mã hậu lượng tử, hoặc mã hóa được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công lượng tử. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng vẫn còn những thách thức kỹ thuật lớn, bao gồm việc mở rộng quy mô hệ thống lượng tử trong khi duy trì tỷ lệ lỗi cực thấp.
“Việc có 10.000 qubit vật lý là điều có thể xảy ra trong vòng một năm,” Bluvstein nói. “Nhưng đó không thực sự là mục tiêu mà mọi người nghĩ. Nó không giống như khi bạn thiết kế một máy tính, bạn chỉ cần đặt các bóng bán dẫn lên chip, rửa tay và nói rằng bạn đã xong. Đó là một nhiệm vụ cực kỳ phức tạp và không hề đơn giản để thực sự xây dựng một trong số đó.”
Mặc dù vậy, Bluvstein cho biết một máy tính lượng tử thực tế có thể xuất hiện trước cuối thập kỷ này.
Tin tức này xuất hiện khi các nhà nghiên cứu của Google báo cáo những phát hiện mới vào thứ Ba, cho thấy các máy tính lượng tử trong tương lai có thể phá vỡ mật mã đường cong elliptic với ít tài nguyên hơn so với suy nghĩ trước đây. Điều đó đã làm tăng tính cấp bách của các lời kêu gọi chuyển đổi sang mật mã hậu lượng tử trước khi các cỗ máy như vậy trở nên khả thi.
Mặc dù ngành công nghiệp tiền điện tử ngày càng tập trung vào rủi ro lượng tử, Bluvstein cho rằng rủi ro đó mở rộng ra ngoài các mạng blockchain và yêu cầu những thay đổi trên phần lớn thế giới kỹ thuật số hiện đại.
“Tôi nghĩ đến toàn bộ cơ sở hạ tầng kỹ thuật số của thế giới. Không chỉ là blockchain. Đó là các thiết bị internet of things, truyền thông internet, bộ định tuyến, vệ tinh,” ông nói. “Nó trải rộng trên toàn bộ cơ sở hạ tầng kỹ thuật số toàn cầu, và nó rất phức tạp.”
