A Edição Quântica: O Que É Computação Quântica?

Detalhes

Da Edição Quântica: Uma visão de alto nível sobre o computador quântico, o que ele realmente é e como ele difere da computação convencional.

O que é computação quântica? Como um computador quântico é diferente de um computador comum? Qual a relevância disso para o Bitcoin?

Novos bitcoiners inevitavelmente têm esbarrado nessas perguntas e precisado confrontar as questões que elas levantam sobre a exposição do Bitcoin ao que é, de fato, uma ameaça existencial à sua existência caso um computador quântico viável seja desenvolvido.

A capacidade de possuir bitcoin repousa sobre a suposição fundamental de que, sem vazar diretamente uma cópia dela, ninguém além da pessoa que possui uma chave privada pode assinar para transacionar com as moedas protegidas por essa chave. A computação quântica coloca essa suposição em questão.

Computadores quânticos não são apenas “computadores, porém mais rápidos”. Eles funcionam de uma maneira fundamentalmente muito diferente de um computador clássico e, como tal, são muito mais eficientes do que computadores clássicos em tipos muito específicos de computações. Obviamente, não vou explicar em detalhes minuciosos como os computadores quânticos funcionam em quatro páginas, mas vou dar a você a intuição central de como eles são fundamentalmente diferentes de um computador clássico.

Então, vamos examinar como ambos os tipos de computadores interagem com coisas como chaves criptográficas grandes.

Tudo o que é armazenado em um computador clássico (ou apenas computador daqui em diante) é armazenado como uma série de 1s e 0s. Cada bit (1 ou 0) é precisamente um 1 ou um 0; não há ambiguidade. Quando um dado é armazenado, são 1s e 0s. Quando um dado é manipulado ou modificado, isso é feito bit a bit, passo a passo, em cada 1 ou 0.

É assim que um computador funciona. Ele modifica linearmente, um passo após o outro, os pedaços discretos e inequívocos de dados que está armazenando. Ele não pode pular etapas, nem usar atalhos (em termos dos passos que executa, não de maneiras matematicamente mais eficientes de fazer as coisas); ele precisa percorrer os passos de qualquer computação que esteja realizando, um por um.

Quando você gera uma chave privada usando um computador, ele adquire um valor aleatório (você inserindo dados de dados, entrada geral do usuário, aleatoriedade do hardware do dispositivo etc.) e o armazena na memória como 1s e 0s. A partir daí, ele precisa multiplicar esse valor pelo ponto gerador da curva elíptica para obter uma chave pública. Isso é realizado com um algoritmo que, reduzido ao seu nível mais básico, é literalmente instruções sobre quais bits pegar, como modificá-los, por quais circuitos “empurrá-los” em nível físico para realizar isso e, no final, colocar o novo valor que foi modificado bit a bit de volta na memória.

Existem outras etapas para chegar a um endereço realmente válido, mas para os propósitos deste artigo não é necessário entrar nelas (mas elas são exatamente como a etapa acima, apenas instruções passo a passo sobre como modificar 1s e 0s na memória).

Então, e se alguém quisesse usar um computador para adivinhar a chave privada de outra pessoa?

Existem 2^256 chaves privadas possíveis. São 115.792.089.237.316.195.423.570.985.008.687.907.853.269.984.665.640.564.039.457.584.007.913.129.639.936 chaves possíveis diferentes.

Um computador teria que tentar cada uma dessas chaves privadas possíveis, uma após a outra (ou quantas conseguir fazer em paralelo por vez), passo a passo, seguindo exatamente as instruções acima para gerar chaves. Quanto mais delas você tentar verificar em paralelo, mais poder computacional você precisa, sem nenhuma capacidade de encontrar atalhos que contornem esse custo.

Quanto menos poder computacional você quiser usar, mais tempo levará; quanto menos tempo você quiser que leve, mais poder computacional você precisa.

Essa é uma tarefa impossível de realizar com um computador. De um lado, você tem um custo computacional que todos os computadores da Terra juntos não são suficientes para pagar e, do outro, você tem um custo em tempo tão alto que todas as estrelas do universo morreriam antes de você verificar todas elas.

Para realmente alcançar seu objetivo, você precisa de outra opção além de verificar uma por uma, linearmente ou em paralelo. É aí que entra a computação quântica.

Computadores quânticos não trabalham com estados discretos. Tudo é precisamente um 1 ou um 0. A peça de informação mais básica em um computador quântico é um qubit (a versão quântica de um bit). Diferente de um bit, um qubit está em uma superposição onde ele é simultaneamente um 1 e um 0. Ele só se estabelece em um ou outro estado discreto quando é observado. 

Este é um dos blocos de construção fundamentais que permitem que um computador quântico compute de forma diferente. O outro é o emaranhamento. Qubits não são apenas armazenados isoladamente, os átomos físicos que os representam e colapsam para um estado discreto quando observados estão emaranhados entre si. Isso significa que quando átomos emaranhados são observados e colapsam para um único estado, os átomos emaranhados colapsam para o mesmo estado, não importa quão distantes estejam. 

Agora é aqui que as coisas ficam estranhas, e vou ter que ser um pouco vago; você ainda deve sair com uma compreensão intuitiva de por que computadores quânticos são fundamentalmente diferentes de um computador clássico. Um algoritmo em um computador clássico é um conjunto de instruções para pegar um conjunto específico de bits e, passo a passo, modificá-los de acordo com as instruções do algoritmo, até terminar e produzir o conjunto final de novos bits. Então o algoritmo, passo a passo, pega um estado discreto e o transforma em outro. 

Qubits não armazenam estados discretos até serem observados e colapsarem para um. Eles armazenam probabilidades. Quando você tem um conjunto de qubits emaranhados de qualquer tamanho (como neste caso hipotético 2 256), cada estado possível para o qual ele pode colapsar tem uma certa probabilidade de colapsar para aquele estado específico. 

Algoritmos quânticos, em vez de serem instruções passo a passo para operar em estados discretos, são um conjunto de instruções sobre como operar naqueles qubits emaranhados de uma forma que altera as probabilidades de diferentes resultados. A interferência construtiva é usada para aumentar a probabilidade de um resultado correto, e a interferência destrutiva para diminuir a probabilidade de resultados incorretos (note que isso NÃO é o ruído ou interferência que dificulta o funcionamento preciso de computadores quânticos físicos, esse é um conceito diferente). 

Então, enquanto um computador clássico teria que verificar cada chave privada individual uma por uma para encontrar a que corresponde a uma chave pública específica, um computador quântico pode simplesmente rodar algumas vezes usando o algoritmo certo e chegar à resposta correta. Ele não faz isso “verificando todas as possibilidades de uma vez”. Ele simplesmente modifica as probabilidades do que uma superposição irá colapsar. 

É por isso que um computador quântico poderia quebrar as suposições subjacentes à criptografia de curva elíptica, e um computador clássico não poderia (e também é por isso que computadores quânticos só são úteis para certos tipos de computações com um espaço massivo de possíveis candidatos de resposta para verificar). 

Essa diferença fundamental entre computação clássica e quântica significa que, sim, se um computador quântico viável for realmente produzido, que funcione corretamente, então a suposição subjacente que protege o bitcoin individual de todos os Bitcoiners está quebrada. Todos esses fundos estão inseguros. 

Sim, este é um risco sério se tal dispositivo for realmente fabricado, e funcionar, mas não estamos totalmente despreparados. Nós entendemos o problema, entendemos a exposição, e um bom número de soluções possíveis para muitas facetas diferentes do problema estão se juntando. 

Respire, e relaxe. Ao longo do restante desta edição, vamos guiá-lo por todo o problema. 

Este artigo é destaque na mais recente edição impressa da Bitcoin Magazine, The Quantum Issue. Estamos compartilhando aqui como uma prévia das ideias exploradas ao longo de toda a edição.

Liquid Recebe 3.400 BTC de Volta Após Negociações On-Chain; White Hats Ficam com 598,5 BTC

Supostos Hackers White-Hat Sacam 4.000 bitcoin das Reservas da Federação da Liquid Network da Blockstream

Secretário do Tesouro dos EUA Scott Bessent ‘Insta Fortemente’ o Senado a Aprovar o Clarity Act

Block de Jack Dorsey se Torna a Mais Recente Empresa Focada em Bitcoin a Solicitar Carta Bancária

Steak ‘n Shake Diz que Vendas Cresceram Dois Dígitos Desde a Adoção do Bitcoin

Irã Continua Usando Bitcoin Para Manter a Economia Estável: Relatório

Assista ao vivo, recupere episódios e obtenha conteúdo exclusivo em qualquer lugar.

A Bitcoin Magazine é publicada pela BTC Inc., uma subsidiária da Nakamoto Inc. (NASDAQ: NAKA).

Moedas Relacionadas

BTC

Fonte

Bitcoin Magazine RSS