Die Bedrohung aufdecken: Wie ein revolutionärer technischer Fortschritt die Zukunft der Kryptowährung gefährdet
Diese Woche veröffentlichte Google einen Artikel, der beschreibt, wie ein Quantencomputer theoretisch in 9 Minuten einen privaten Bitcoin-Schlüssel ableiten könnte, mit Auswirkungen, die sich auf Ethereum, andere Token, Private Banking und möglicherweise alles auf der Welt erstrecken.
Quantencomputing kann leicht mit einer schnelleren Version eines normalen Computers verwechselt werden. Es handelt sich jedoch nicht um einen leistungsstärkeren Chip oder eine größere Serverfarm. Es handelt sich um eine grundsätzlich andere Art von Maschine, anders auf der Ebene des Atoms selbst.
Ein Quantencomputer beginnt mit einer sehr kalten, sehr kleinen Metallschleife, in der sich Teilchen auf eine Art und Weise zu verhalten beginnen, wie sie sich unter normalen Bedingungen auf der Erde nicht verhalten, eine Art und Weise, die das verändert, was wir als Grundregeln der Physik betrachten.
Zu verstehen, was das physikalisch bedeutet, ist der Unterschied zwischen dem Lesen über die Quantenbedrohung und dem tatsächlichen Begreifen.
Wie Computer und Quantencomputer tatsächlich funktionieren
Normale Computer speichern Informationen als Bits – jedes ist entweder eine 0 oder eine 1. Ein Bit ist ein winziger Schalter. Physikalisch handelt es sich um einen Transistor auf einem „Chip“ – einem mikroskopisch kleinen Gate, das entweder Strom durchlässt (1) oder nicht (0).
Jedes Foto, jede Bitcoin-Transaktion, jedes Wort, das Sie jemals eingegeben haben, wird als Muster für das Ein- und Ausschalten dieser Schalter gespeichert. An einem Stück ist nichts Geheimnisvolles; es ist ein physisches Objekt in einem der beiden bestimmten Zustände.
Bei jeder Berechnung werden diese Nullen und Einsen sehr schnell durcheinander gebracht. Ein moderner Chip kann Milliarden davon pro Sekunde erledigen, erledigt sie aber immer noch einzeln und nacheinander.
Quantencomputer verwenden sogenannte Qubits anstelle von Bits. Ein Qubit kann 0, 1 oder – und das ist das Seltsame daran – beides gleichzeitig sein!
Dies ist möglich, da ein Qubit ein völlig anderes physikalisches Objekt ist. Die gebräuchlichste und von Google verwendete Version ist eine winzige Schleife aus supraleitendem Metall, die auf etwa 0,015 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt ist, kälter als der Weltraum, aber hier auf der Erde.
Bei dieser Temperatur fließt Elektrizität ohne Widerstand durch die Schleife, und der Strom existiert angeblich in einem Quantenzustand.
In der supraleitenden Schleife kann der Strom im Uhrzeigersinn (nennen Sie das 0) oder gegen den Uhrzeigersinn (nennen Sie das 1) fließen. Aber auf Quantenskalen muss der Strom nicht eine Richtung wählen und fließt tatsächlich in beide Richtungen gleichzeitig.
Verwechseln Sie es nicht mit einem sehr schnellen Wechsel zwischen den beiden. Der Strom ist in beiden Zuständen gleichzeitig messbar, experimentell und nachweisbar.
Umwerfende Physik
Bisher bei uns? Großartig, denn hier wird es wirklich seltsam, denn die Physik dahinter ist nicht sofort intuitiv und sollte es auch nicht sein.
Alles, womit jemand im täglichen Leben interagiert, gehorcht der klassischen Physik, die davon ausgeht, dass sich die Dinge zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem Ort befinden. Auf subatomarer Ebene verhalten sich Teilchen jedoch nicht so.
Ein Elektron hat erst dann eine eindeutige Position, wenn man es betrachtet. Ein Photon hat erst dann eine eindeutige Polarisation, wenn Sie es messen. Ein Strom in einer supraleitenden Schleife fließt erst dann in eine bestimmte Richtung, wenn man ihn zum Kippen zwingt.
Der Grund dafür, dass wir dies im Alltag nicht erleben, ist Dekohärenz. Wenn ein Quantensystem mit seiner Umgebung, Luftmolekülen, Wärme, Vibrationen und Licht interagiert, bricht die Überlagerung fast augenblicklich zusammen.
Ein Fußball kann nicht an zwei Orten gleichzeitig sein, da er jede Nanosekunde mit Billionen von Luftmolekülen, Staub, Schall, Hitze, Schwerkraft usw. interagiert. Aber isolieren Sie einen winzigen Strom in einem Vakuum nahe dem absoluten Nullpunkt, schützen Sie ihn vor allen möglichen Störungen, und das Quantenverhalten bleibt lange genug bestehen, um damit rechnen zu können.
Deshalb sind Quantencomputer so schwer zu bauen. Menschen konstruieren physikalische Umgebungen, in denen die Gesetze der Physik, die normalerweise verhindern, dass so etwas passiert, gerade lange genug in Schach gehalten werden, um eine Berechnung durchzuführen.
Die Maschinen von Google arbeiten in Verdünnungskühlschränken von der Größe riesiger Räume, kälter als alles andere im natürlichen Universum, umgeben von Abschirmschichten gegen elektromagnetische Geräusche, Vibrationen und Wärmestrahlung.
Und selbst dann sind die Qubits zerbrechlich. Sie verlieren ständig ihren Quantenzustand, weshalb „Fehlerkorrektur“ jedes Gespräch über die Skalierung dominiert.
Quantencomputing ist also keine schnellere Version des klassischen Computing. Dabei werden andere physikalische Gesetze ausgenutzt, die nur in extrem kleinen Maßstäben, extrem niedrigen Temperaturen und extrem kurzen Zeiträumen gelten.
Jetzt stapeln Sie das.
Zwei reguläre Bits können einen von vier Zuständen haben (00, 01, 10, 11), jedoch jeweils nur eines (da der Strom nur in eine Richtung fließt). Zwei Qubits können alle vier Zustände gleichzeitig repräsentieren, da der Strom gleichzeitig in alle Richtungen fließt.
Drei Qubits repräsentieren acht Zustände. Zehn Qubits repräsentieren 1.024. Fünfzig Qubits repräsentieren über eine Billiarde. Die Zahl verdoppelt sich mit jedem hinzugefügten Qubit, weshalb die Skalierung so exponentiell ist.
Der zweite Trick ist etwas, das Verschränkung genannt wird. Wenn zwei Qubits verschränkt sind, verrät die Messung eines Qubits einem Beobachter sofort