Корпорация Microsoft совместно с калифорнийской технологической компанией Atom Computing недавно объявили о достижении прорыва в области квантовых вычислений, который может открыть путь к трансформации метода доказательства выполнения работы (proof-of-work) в мире блокчейн-майнинга.
Ученые и инженеры обеих компаний разработали квантовую вычислительную систему, состоящую из 24 запутанных логических кубитов, созданных всего лишь из 80 физических кубитов. Этот результат установил новый рекорд по числу запутанных логических кубитов, достигнутых с использованием методов коррекции ошибок.
Значимость научного достижения
Основное значение данного прорыва заключается в повышенной эффективности новой системы. Ранее считалось, что для создания одного логического кубита потребуется тысячи физических кубитов, работающих одновременно.
Однако разработка, позволяющая запутывать 24 логических кубита, используя лишь 80 физических кубитов, существенно меняет представление о возможностях масштабирования таких систем. Это открывает перспективы для более раннего внедрения масштабируемых квантовых систем компаниями вроде Microsoft и Atom Computing.
Метод доказательства выполнения работы (Proof-of-Work)
Эксперты уже давно предупреждают, что в будущем квантовые компьютеры смогут предоставлять значительное преимущество в скорости выполнения задач, включая взлом классических методов защиты данных.
Одной из таких мер защиты является шифрование SHA-256, которое используется в качестве головоломки для майнеров на определенных блокчейн-сетях, таких как Bitcoin. Майнеры решают эту задачу, чтобы подтвердить выполнение работы (Proof-of-Work) и добавить новый блок в блокчейн.
Современные системы для блокчейн-майнинга, включая те, что используются крупнейшими майнинговыми центрами Bitcoin, работают над нахождением хеша для заголовка блока. Для этого требуется угадывать хеш, соответствующий установленной сети сложностью. Уровень сложности, в свою очередь, корректируется каждые 2016 блоков, чтобы новый блок добавлялся примерно раз в 10 минут. Это делает задачу для классических майнеров все более сложной.
Алгоритм Гровера
Теоретическая методика интеллектуального анализа данных под названием «Алгоритм Гровера» может стать последним гвоздем в гроб классического блокчейн-майнинга.
Алгоритм Гровера предлагает квадратичное ускорение по сравнению с классическими методами перебора. Несмотря на то, что его эффективность была доказана в небольших экспериментах, его применение к масштабным задачам, таким как взлом SHA-256, пока остается теоретическим из-за отсутствия необходимого для этого квантового оборудования.
Для работы Алгоритма Гровера в масштабах, достаточных для взлома SHA-256, потребуется квантовый компьютер с сотнями или даже тысячами логических кубитов с коррекцией ошибок.
Квантовое ускорение
Математический анализ показывает, что Алгоритм Гровера может сократить сложность задачи SHA-256 примерно вдвое по сравнению с классическими методами. Однако благодаря явлениям квантовой механики, таким как суперпозиция и интерференция, потенциал ускорения может быть ещё выше. Со временем экономическая целесообразность может склониться в пользу инвестиций в квантовые системы, а не в традиционные майнинговые установки.
Согласно расчетам, квантовые майнинговые установки, использующие архитектуру, подобную разработанной Microsoft и Atom Computing, смогут превзойти классические майнинговые пулы при наличии около 3000 логических кубитов.
Когда это станет реальностью?
Несмотря на последние достижения, остается неясным, когда такие установки станут доступными. Аналитики предполагают, что создание квантовых компьютеров с коррекцией ошибок, способных преодолеть современные ограничения, может занять от 10 до 50 лет. Однако эти прогнозы носят предположительный характер, и среди физиков нет единого мнения о сроках достижения следующих ключевых этапов.
Тем не менее, недавние исследования Microsoft и Atom Computing значительно приблизили эту перспективу. Например, на сайте Atom Computing заявлено, что компании планируют вывести на рынок квантовый компьютер с 1000 кубитов уже в 2025 году.
