ควอนตัมคอมพิวตื้งอธิบาย: มั้นตกต่า งจากคอมพิวเตอร์คลาสสิกอย่า งไร และเหตุใดจึงสำคัญต่ อ Bitcoin

ควอนตัมคอมพิวติ้งคืออะไรกันแน่ และมันแตกต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไปอย่า งไร? และทำไมผู้ใช้ Bitcoin ถึงควรใส่ใจ?

ผู้มาใหม่ของ Bitcoin มักพบคำถามเหล่านี้และต้องรับมือกับข้อกังวลที่เกิดขึ้นเกี่ยวกับความเปราะบางของ Bitcoin ต่อสิ่งที่อาจกลายเป็นอันตรายที่มีอยู่จริงหากคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานได้ถูกสร้างขึ้น

ความสามารถในการเป็นเจ้าของ bitcoin ขึ้นอยู่กับสมมติฐานพื้น ฐานที่ว่า เว้นแต่จะมีการรั่วไหลของสำเนาโดยตรง มีเพียงผู้ถือคีย์ส่วนตัวเท่านั้นที่สามารถอนุมัติธุรกรรมที่เกี่ยวข้องกับเหรียญที่ถูกคีย์นั้นรัก ษาความปลอด ภัยไว้ ควอนตัมคอมพิวตื้งท้าทายสมมติฐานนั้น

คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ใช่แค่ "คอมพิวเตอร์ แต่เร็วกว่" พวกมันทำงานบนพื้น ฐานที่ตกต่าอางลึกึ้้งจากคอมพิวเตอร์คลาสสิก ทำให้มีประสิท ธิภาพมากกว่ ามากสำหรบ แน่นอนว่ าคำอธิบายทางเทคนิคโดยละเอียดของควอนตัมคอมพิวตื้งนั้นเกินขอบเขตของบทความนี้ แต่แนวคิดหลักว่ ามันตกต่า งจากเครื่องจักรคลาสสิกอย่างไรจะถูก ร่างไว้

ลองพิจารณาว่ าคอมพิวเตอร์แต่ละประเภทจัดการกับคีย์เข้าร หัสขนาดใหญ่อย่า งไร

คอมพิวเตอร์คลาสสิก

ข้อมูลทุกชิ้นในคอมพิวเตอร์คลาสสิกถูกแทนด้วยลำดับของ 1 และ 0 แต่ละบิตเป็น 1 หรือ 0 อย่างชัดเจน ข้อมูลจะถูกจัดเก็บ จัดการ และแกไขทีละบิต ทีละขั้น ทีละครั้ง

คอมพิวเตอร์ทำงานเป็นเส้นตรง มันแกไขชิ้นข้อมูลที่ไม่ต่ อเนื่องและชัดเจนทีละขั้น ไม่สามารถกระโด ดข้ามหรือใช้ทางลัดในกระบวนการทีละขั้นได้ มันต้องดำเนินการแต่ละขั้นตอนการคำนวณตามลำดับ

เมื่อคอมพิวเตอร์สร้างคีย์ส่วนตัว มันจะได้ค่ าสุ่มและเก็บไว้ในหน่ว ยความจำเป็ น 1 และ 0 จากนั้นมันจะคูณค่านั้นด้วยจุดกำเนิดของเส้นโค้งวงรี (elliptic curve) เพื่อสร้างคีย์สาธารณะ สิ่งนี้ทำผ่านอัลกอริทึม — โดยพื้น ฐานแล้วเป็นคำสังว่ าต้องใช้บิตใด แกไขอย่า งไร และใช้วงจรทางกายภาพใด ในที่ สุดก็วางค่ าใหม่ที่ถูกแกไขกลับเข้าไปในหน่ว ยความจำ

จำเป็ นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมเพื่อสร้างที่อยู่ที่ถูกต้อง แต่สำหรับการอภิปรายนี้มันไม่จำเป็ น พวกมันเป็ นไปตามรูปแบบเดี ยวกัน: คำสังทีละขั้นสำหรับการแกไข 1 และ 0 ในหน่ว ยความจำ

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีคนต้อง การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อเดาคีย์ส่ว นตัวของคนอื่น?

มีคีย์ส่ว นตัวที่เป็ นไปได้ 2^256 — นั่นคือ 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 ความเป็ นไปได้ที่แตกต่า งกัน

คอมพิวเตอร์จะต้องทดสอบทุกคีย์ส่วนตัวเหล่านั้นทีละคีย์ (หรือหลายคีย์พร้อมกันเท่าที่เป็นไปได้) ตามคำสั่งสร้างคีย์ที่แม่นยำ ยิ่งตรวจสอบคีย์พร้อมกันมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งต้องใช้พลังการคำนวณมากขึ้น และไม่มีทางหลีกเลี่ยงต้นทุนนั้นได้

พลังการคำนวณน้อยหมายถึงเวลามากขึ้น เวลาน้อยต้องใช้พลังการคำนวณมากขึน

นี่เป็นงานที่เป็ นไปไม่ได้สำหรับคอมพิวเตอร์คลาสสิก ในแง่หนึ่ง ต้นทุนการคำนวณเกินกว่าความสามารถรวมกันของทุกคอมพิวเตอรบนโลก ในอีกแง่หนึ่ ง เวลาที่ต้องใช้มากมายจนดาวทุกดวงในจักรวาลจะมอดไหม้ก่อนที่จะตรวจสอบคีย์ทั้งหมด

เพื่อให้สำเร็จำ เป็นต้องมีแนวทางที่แตกต่าง — แนวทางที่ไม่พึ่งพาการตรวจสอบคีย์แบบเป็ นเส้นตรงหรื อแบบพร้อมกัน นั่นคือจุดที่ควอนตัมคอมพิวตื้งเขามามีบทบาท

คอมพิวเตอร์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ทำงานกับสถานะที่ไม่ต่ อเนื่อง ในขณะที่ทุกอย่างยังคงเป็ น 1 หรื อ 0 ในที่ สุด หน่ว ยข้อมูลพื้น ฐานคือ qubit ต่า งจากบิต qubit มีอยู่ในการซ้อนทับ พร้อมกันทั้งเป็ น 1 และ 0 มันจะกลายเป็นสถานะที่แน่นอนหนึ่ งเมื่อถูกสังเกต เท่านั้น

พ>การซ้อนทับเป็ นหนึ่ งในองค์ประกอบสำคัญ อีกอย่า งคือการพั วพัน Qubits ไม่ได้ถูกเก็บในที่โดดเดี่ยว อะตอมทางกายภาพที่เป็ นตัวแทนพวกมับจะพั วพันกัน เมื่อถูกสังเกตและยุบตัว อะตอมที่พั วพันกันจะยุบตัวไปยังสถานะเดีย วกนไม่ว่าร ะยะทางจะเท่าใด

นี่คือจุดที่คำอธิบายเริ่มคลุมเครือ แต่ความรู้สึ กที่จำเป็ นย้งคงอยู่่ อัลกอริทึมคลาสสิกคือชุดคำสังที่นำบิตเฉพาะมาแล้วแก้ไขทีละขั้นจนกระทั้งได้ชุดบิตใหม่เป็นผลลัพธ์ มันแปลงส ถานะไม่ต่อเนื่ องหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่ง

Qubits ไม่ได้เก็บสถานะที่ไม่ต่อเนื่องจนกว่าจะถูกสังเกต พวกมันเก็บความน่าจะเป็น เมื่อ qubits ของขนาดใดๆ ที่กำหนดถูกพัวพันกัน — ในทางสมมติ 2^256 — แต่ละสถานะที่ยุบตัวที่เป็นไปได้มีความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้นอย่างแน่นอน

อัลกอริทึมควอนตัมไม่ใช่คำสั่งทีละขั้นสำหรับการดำเนินการกับสถานะที่ไม่ต่อเนื่อง แต่เป็นคำสั่งสำหรับดำเนินการกับ qubits ที่พัวพันกันเพื่อเปลี่ยนแปลงความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน การแทรกสอดแบบเสริม ช่วยเพิ่มความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ที่ถูกต้อง ในขณะที่ การแทรกสอดแบบหักล้าง ลดความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง (ซึ่งไม่เหมือนกับสัญญาณรบกวนทางกายภาพที่ทำให้การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานได้เป็นเรื่องยาก)

คอมพิวเตอร์คลาสสิกต้องตรวจสอบคีย์ส่วนตัวแต่ละคีย์ทีละคีย์เพื่อหาคีย์ที่ตรงกับคีย์สาธารณะที่กำหนด คอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยใช้อัลกอริทึมที่ถูกต้องสามารถทำงานไม่กี่ครั้งและมาถึงคำตอบที่ถูกต้อง มันไม่ได้ "ตรวจสอบความเป็ นไปได้ทั้งหมดในครั้งเดีย ว" มันแค่ปรับความน่าจะเป็นของสิ่งที่การซ้อนทับยุบตัวลงไป

สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงสามารถทำลายสมมติฐานเบื้องหลังการเข้ารหัสเส้นโค้งวงรี (elliptic curve cryptography) ในขณะที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำได้ และยังอธิบายว่าทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงมีประโยชน์เฉพาะกับปัญหาบางประเภทที่มีพื้นที่ของคำตอบที่เป็นไปได้กว้างใหญ่

อย่าตื่นตระหนก

ความแตกต่างพื้น ฐานนี้หมายความว่า หากคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานได้อย่างถูกต้องถูกสร้าง ขึ้น สมมติฐานพื้น ฐานที่รัก ษาความปลอด ภัยเหรีย ญของนักลงทุน Bitcoin ทุกคนจะถูกทำลาย กองทุนทั้งหมดนั้นจะไม่ปลอด ภัย

ใช่ นี่เป็นความ เสี่ยงที่ร้ายแรงหากอุ ปกรณ์ดังกล่าวถูกผลิตขึ้นและทำงานได้จริง แต่ชุมชนไม่ได้ไม่ได้เตรียมตัวไว้เลย ปัญ หาและการเปิดเผยเป็นที่เข้า ใจกัน และแนวทางแก้ไขที่มีศักยภาพมากมายสำหรับแง่ มุมต่างๆ ของปัญหา กำลังเป็นรูปเป็นร่าง

หาย ใจเข้าลึกๆ และผ่อน คลาย ส่วนที่เหลือของฉบับนี้จะนำเสนอผ่านปัญหาทั้งหมด

บทความนี้ถูกนำ เสนอในฉบับพิมพ์ล่าสุดของ Bitcoin Magazine, The Quantum Issue ซึ่งถูกแชร์ที่นี่เพื่อเป็นมุมมองเบื้องต้นเกี่ยวกับแนวคิดที่ถูกสำรวจตลอดทั้งฉบับ