Số Đặc Biệt Lượng Tử: Lượng Tử Điện Toán Là Cái Quái Gì?

Chi tiết

Từ Ấn phẩm Lượng tử: Một cái nhìn cấp cao về máy tính lượng tử, nó thực sự là gì và nó khác với máy tính thông thường như thế nào.

Điện toán lượng tử là gì? Máy tính lượng tử khác với máy tính thông thường như thế nào? Điều này có liên quan gì đến Bitcoin?

Những người mới tham gia Bitcoin chắc chắn sẽ vấp phải những câu hỏi này và phải đối mặt với các vấn đề mà chúng nêu ra liên quan đến sự phơi nhiễm của Bitcoin trước một mối đe dọa hiện hữu thực sự đối với sự tồn tại của nó nếu một máy tính lượng tử khả thi được phát triển. 

Khả năng sở hữu bitcoin dựa trên giả định nền tảng rằng nếu không trực tiếp làm rò rỉ bản sao của nó, không ai ngoài người sở hữu khóa riêng tư có thể ký để giao dịch với các đồng tiền được bảo vệ bởi khóa đó. Điện toán lượng tử đặt giả định đó vào vòng nghi vấn. 

Máy tính lượng tử không chỉ là "máy tính, nhưng nhanh hơn." Chúng hoạt động theo một cách rất cơ bản khác với máy tính cổ điển, và do đó chúng hiệu quả hơn nhiều so với máy tính cổ điển ở những loại tính toán rất cụ thể. Rõ ràng, tôi sẽ không thực sự giải thích chi tiết cách máy tính lượng tử hoạt động trong vòng bốn trang, nhưng tôi sẽ cung cấp cho bạn trực giác cốt lõi về cách chúng khác biệt cơ bản so với máy tính cổ điển. 

Vậy hãy cùng xem xét cách cả hai loại máy tính tương tác với những thứ như khóa mật mã lớn. 

Mọi thứ được lưu trữ trong máy tính cổ điển (hoặc chỉ gọi là máy tính từ giờ trở đi) đều được lưu trữ dưới dạng chuỗi các số 1 và 0. Mỗi bit (1 hoặc 0) chính xác là 1 hoặc 0; không có sự mơ hồ. Khi một phần dữ liệu được lưu trữ, nó là các số 1 và 0. Khi một phần dữ liệu được thao tác hoặc sửa đổi, nó được thực hiện từng bit một, từng bước một, trên mỗi số 1 hoặc 0. 

Đó là cách máy tính hoạt động. Nó tuyến tính, từng bước một, sửa đổi các phần dữ liệu rời rạc không mơ hồ mà nó đang lưu trữ. Nó không thể bỏ qua phía trước, hoặc đi tắt (về mặt các bước nó thực hiện, không phải các cách hiệu quả hơn về mặt toán học), nó phải trải qua các bước của bất kỳ phép tính nào nó đang thực hiện từng bước một. 

Khi bạn tạo khóa riêng tư bằng máy tính, nó thu được một giá trị ngẫu nhiên (bạn nhập xúc xắc, đầu vào người dùng nói chung, tính ngẫu nhiên từ phần cứng thiết bị, v.v.) và lưu trữ giá trị đó trong bộ nhớ dưới dạng các số 1 và 0. Từ đó, nó phải nhân giá trị này với điểm sinh của đường cong elliptic để có được khóa công khai. Điều này được thực hiện bằng một thuật toán, mà khi rút gọn về mức cơ bản nhất, thực sự là các hướng dẫn về việc lấy bit nào, cách sửa đổi chúng, mạch nào để "đẩy" chúng xuống ở mức vật lý để thực hiện điều đó, và cuối cùng đưa giá trị mới đã được sửa đổi từng bit trở lại bộ nhớ. 

Có các bước khác để đến được một địa chỉ hợp lệ thực sự, nhưng với mục đích của bài viết này, không cần thiết phải đi sâu vào chúng (nhưng chúng cũng giống như bước trên, chỉ là các hướng dẫn từng bước về cách sửa đổi các số 1 và 0 trong bộ nhớ). 

Vậy nếu ai đó muốn sử dụng máy tính để đoán khóa riêng tư của người khác thì sao? 

Có 2^256 khóa riêng tư khả dĩ. Đó là 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 khóa khác nhau có thể có. 

Máy tính sẽ phải thử từng khóa riêng tư khả dĩ đó, lần lượt từng cái một (hoặc bao nhiêu cái cùng lúc mà nó có thể thực hiện song song), từng bước theo đúng các hướng dẫn ở trên để tạo khóa. Bạn càng cố gắng kiểm tra nhiều khóa song song, bạn càng cần nhiều sức mạnh tính toán, mà không có khả năng tìm ra bất kỳ lối tắt nào xung quanh chi phí đó. 

Bạn càng muốn sử dụng ít sức mạnh tính toán, thời gian sẽ càng lâu; bạn càng muốn thời gian ngắn, bạn càng cần nhiều sức mạnh tính toán. 

Đây là một nhiệm vụ bất khả thi để thực hiện với máy tính. Một mặt, bạn có chi phí tính toán mà tất cả máy tính trên Trái Đất cộng lại cũng không đủ để trả, và mặt khác, bạn có chi phí thời gian cao đến mức mọi ngôi sao trong vũ trụ sẽ chết trước khi bạn kiểm tra hết tất cả. 

Để thực sự đạt được mục tiêu của mình, bạn cần một lựa chọn khác ngoài việc kiểm tra từng cái một cách tuyến tính hoặc song song. Đó là lúc điện toán lượng tử xuất hiện.

Máy tính lượng tử không hoạt động với các trạng thái rời rạc. Mọi thứ chính xác là 1 hoặc 0. Đơn vị thông tin cơ bản nhất trong máy tính lượng tử là qubit (phiên bản lượng tử của bit). Không giống như bit, một qubit ở trong trạng thái chồng chập, nơi nó đồng thời vừa là 1 vừa là 0. Nó chỉ cố định vào một trong hai trạng thái rời rạc khi được quan sát. 

Đây là một trong những khối xây dựng then chốt cho phép máy tính lượng tử tính toán theo cách khác biệt. Khối còn lại là sự vướng víu lượng tử. Các qubit không chỉ được lưu trữ riêng lẻ, các nguyên tử vật lý đại diện cho chúng và sụp đổ về trạng thái rời rạc khi được quan sát là vướng víu với nhau. Điều này có nghĩa là khi các nguyên tử vướng víu được quan sát và sụp đổ về một trạng thái duy nhất, các nguyên tử vướng víu sẽ sụp đổ về cùng trạng thái đó, bất kể chúng cách xa nhau bao nhiêu. 

Bây giờ là lúc mọi thứ trở nên kỳ lạ, và tôi sẽ phải nói một cách hơi mơ hồ; bạn vẫn nên rời đi với một sự hiểu biết trực quan về lý do tại sao máy tính lượng tử về cơ bản khác với máy tính cổ điển. Một thuật toán trên máy tính cổ điển là một tập hợp các chỉ thị để lấy một tập hợp bit cụ thể, và từng bước sửa đổi chúng theo các chỉ thị của thuật toán, cho đến khi hoàn thành và xuất ra tập hợp bit mới đã hoàn thành. Vì vậy, thuật toán từng bước lấy một trạng thái rời rạc và biến nó thành một trạng thái khác. 

Các qubit không lưu trữ các trạng thái rời rạc cho đến khi chúng được quan sát và sụp đổ về một trạng thái. Chúng lưu trữ các xác suất. Khi bạn có một tập hợp các qubit vướng víu với bất kỳ kích thước nào (như trong trường hợp giả định này là 2 256 ), mỗi trạng thái khả dĩ mà nó sụp đổ có một xác suất nhất định để sụp đổ về trạng thái đó. 

Các thuật toán lượng tử, thay vì là các chỉ thị từng bước để vận hành trên các trạng thái rời rạc, là một tập hợp các chỉ thị về cách vận hành trên các qubit vướng víu đó theo cách làm thay đổi xác suất của các kết quả khác nhau. Giao thoa tăng cường được sử dụng để tăng xác suất của một kết quả đúng, và giao thoa triệt tiêu để giảm xác suất của các kết quả sai (lưu ý rằng đây KHÔNG phải là nhiễu hoặc giao thoa khiến cho các máy tính lượng tử vật lý khó hoạt động chính xác, đó là một khái niệm khác). 

Vì vậy, trong khi một máy tính cổ điển sẽ phải kiểm tra từng khóa riêng tư một để tìm khóa khớp với một khóa công khai cụ thể, một máy tính lượng tử có thể chỉ cần chạy một vài lần bằng thuật toán phù hợp và đi đến câu trả lời đúng. Nó không làm điều này bằng cách "kiểm tra tất cả các khả năng cùng một lúc." Nó chỉ đơn giản là sửa đổi các xác suất của những gì một sự chồng chập sẽ sụp đổ thành. 

Đây là lý do tại sao một máy tính lượng tử có thể phá vỡ các giả định nền tảng của mật mã đường cong elliptic, và một máy tính cổ điển thì không thể (và đây cũng là lý do tại sao máy tính lượng tử chỉ hữu ích cho một số loại tính toán nhất định với một không gian khổng lồ các ứng viên câu trả lời cần kiểm tra). 

Sự khác biệt cơ bản giữa tính toán cổ điển và lượng tử này có nghĩa là, vâng, nếu một máy tính lượng tử khả thi thực sự được sản xuất, hoạt động chính xác, thì giả định nền tảng bảo vệ bitcoin của tất cả những người nắm giữ Bitcoin sẽ bị phá vỡ. Tất cả số tiền đó đều không an toàn. 

Vâng, đây là một rủi ro nghiêm trọng nếu một thiết bị như vậy thực sự được chế tạo, và nó hoạt động, nhưng chúng ta không hoàn toàn không có sự chuẩn bị. Chúng ta hiểu vấn đề, chúng ta hiểu mức độ phơi nhiễm, và một số lượng lớn các giải pháp khả thi cho nhiều khía cạnh khác nhau của vấn đề đang được tập hợp lại. 

Hãy thở, và thư giãn. Trong phần còn lại của số báo này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn qua toàn bộ vấn đề. 

Bài viết này được đăng trong ấn bản in mới nhất của Bitcoin Magazine, Số báo Lượng tử. Chúng tôi chia sẻ nó ở đây như một cái nhìn sớm về các ý tưởng được khám phá trong toàn bộ số báo.

Liquid Nhận Lại 3.400 BTC Sau Các Cuộc Đàm Phán Trên Chuỗi; Mũ Trắng Giữ 598,5 BTC

Tin Tặc Mũ Trắng Bị Cáo Buộc Rút 4.000 bitcoin từ Dự Trữ Liên Minh Liquid Network của Blockstream

Bộ Trưởng Tài Chính Hoa Kỳ Scott Bessent 'Mạnh Mẽ Thúc Giục' Thượng Viện Thông Qua Đạo Luật Clarity

Block của Jack Dorsey Trở Thành Công Ty Tập Trung Vào Bitcoin Mới Nhất Nộp Đơn Xin Cấp Phép Ngân Hàng

Steak 'n Shake Cho Biết Doanh Số Tăng Hai Chữ Số Kể Từ Khi Chấp Nhận Bitcoin

Iran Tiếp Tục Sử Dụng Bitcoin Để Giữ Nền Kinh Tế Ổn Định: Báo Cáo

Xem trực tiếp, theo dõi các tập, và nhận nội dung độc quyền khi đang di chuyển.

Bitcoin Magazine được xuất bản bởi BTC Inc., một công ty con của Nakamoto Inc. (NASDAQ: NAKA).

Các Đồng Tiền Liên Quan

BTC

Nguồn

Bitcoin Magazine RSS