Google prijst 'magische' kwantumdoorbraak aan, Bitcoin Q-Day dreigt

De nieuwste kwantumdoorbraak van Google

Google Quantum AI maakte donderdag bekend dat onderzoekers met succes een techniek genaamd „magic state cultivation“ hebben gedemonstreerd op de Willow-kwantumprocessor van het bedrijf, waarmee een langdurige hindernis voor de ontwikkeling van grootschalige, foutgecorrigeerde kwantumcomputers is overwonnen.

Het onderzoek, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science, leidde tot een 40-voudige vermindering van fouten in vergelijking met kwantumtoestanden die dit proces niet hadden ondergaan. Onderzoekers produceerden ook zogenaamde T-toestanden met een recordlogische getrouwheid van 99,99%, waarmee ze een uitzonderlijk hoge nauwkeurigheid aantoonden in een cruciaal onderdeel van kwantumcomputatie.

Magische toestanden zijn gespecialiseerde kwantumhulpbronnen die nodig zijn om bepaalde bewerkingen uit te voeren die essentieel zijn voor kwantumcomputers voor algemeen gebruik. Het betrouwbaar genereren ervan vormde een grote technische uitdaging; volgens sommige schattingen zou maar liefst 95% van de capaciteit van een kwantumcomputer aan de productie ervan kunnen worden besteed.

De techniek van Google pakt dat knelpunt aan door een ruisachtige kwantumtoestand in een klein deel van een processor te introduceren en gecoördineerde metingen te gebruiken om fouten op te sporen en mislukte pogingen te elimineren.

De onderzoekers demonstreerden ook een methode voor het overbrengen van gezuiverde kwantumtoestanden tussen verschillende foutcorrectiearchitecturen, een belangrijke mogelijkheid voor het opschalen van kwantumsystemen.

Hoewel Google erkende dat er nog aanzienlijke technische uitdagingen zijn, beschreef het bedrijf de bevindingen als een cruciale stap in de richting van het bouwen van bruikbare, fouttolerante kwantumcomputers die problemen kunnen oplossen die buiten het bereik van conventionele machines liggen.

De kwantumbeveiligingsdreiging voor Bitcoin

Deze doorbraak versterkt de groeiende bezorgdheid over de uiteindelijke kwetsbaarheid van de cryptografische beveiliging van bitcoin voor kwantumcomputers, een verwachte mijlpaal die bekendstaat als „Q-Day“.

In maart publiceerden onderzoekers van Google een afzonderlijke analyse waarin werd gesuggereerd dat het kraken van de elliptische-curve-cryptografie die ten grondslag ligt aan de digitale handtekeningen van bitcoin, mogelijk minder dan 500.000 fysieke qubits zou vereisen, ongeveer 20 keer minder dan sommige eerdere schattingen.

Dat onderzoek schetste ook een theoretisch scenario waarin voldoende geavanceerde kwantumcomputers in ongeveer negen minuten een privé-sleutel van bitcoin zouden kunnen afleiden uit een blootgestelde openbare sleutel, waardoor aanvallers mogelijk transacties zouden kunnen onderscheppen vóór de bevestiging.

Onderzoekers schatten dat ongeveer 6,9 miljoen BTC blootgesteld zouden kunnen raken via openbaar gemaakte sleutels, waaronder oudere walletformaten en adressen die zijn hergebruikt.

Er bestaat momenteel echter geen kwantumcomputer die in staat is om dergelijke aanvallen uit te voeren. Het nieuwste onderzoek van Google naar ‘magic states’ toont niet aan dat de cryptografie van Bitcoin kan worden gekraakt, maar het pakt wel een van de technische obstakels aan voor de ontwikkeling van machines die dit uiteindelijk wel zouden kunnen doen.

In september waarschuwde Fidelity Digital Assets dat voldoende krachtige kwantumcomputers uiteindelijk privésleutels zouden kunnen afleiden uit blootgestelde openbare Bitcoin-sleutels. Het bedrijf onderzocht kwantumbestendige handtekeningsystemen, waaronder een voorgestelde aanpak genaamd SHRINCS, en benadrukte daarbij de complicaties die gepaard gaan met grotere handtekeningen, die de transactiedoorvoer van Bitcoin zouden kunnen verminderen en de kosten zouden kunnen verhogen.

De uitdaging die voor ons ligt

Deze week nog publiceerde cryptobeurs Coinbase een gedetailleerde evaluatie waarin de uitdagingen worden geschetst van de overgang van Bitcoin naar kwantumbestendige cryptografie.

De beurs, die naar eigen zeggen ongeveer 15% van het Bitcoin-aanbod bewaakt, benadrukte dat het vervangen van bestaande handtekeningalgoritmen slechts een deel van de oplossing zou zijn. Ontwikkelaars moeten ook rekening houden met institutionele bewaarsystemen, de beperkte capaciteit van de blockchain, compatibiliteit met bestaande wallets en middelen die op inactieve adressen worden aangehouden.

Coinbase wees op voorstellen, waaronder BIP-360, als mogelijke basis voor de invoering van flexibelere cryptografische beveiligingen.

Een bijzonder lastige kwestie betreft bitcoin die wordt bewaard in wallets waarvan de eigenaren hun privésleutels zijn kwijtgeraakt of om andere redenen niet in staat zijn hun tegoeden naar nieuwe beveiligingsstandaarden te migreren. Dergelijke tegoeden zouden zelfs na de invoering van kwantumbestendige beveiliging door het netwerk kwetsbaar kunnen blijven.

Google heeft afzonderlijk 2029 als streefdatum vastgesteld voor de migratie van zijn eigen systemen naar post-kwantumcryptografie, wat de voorbereidingen van de bredere sector onderstreept.

Voor Bitcoin is de uitdaging niet een onmiddellijke beveiligingsfout, maar het potentieel langdurige proces van het coördineren van upgrades binnen een gedecentraliseerd netwerk – voordat kwantumcomputers krachtig genoeg worden om de bestaande beveiligingen te bedreigen.