Quantencomputer, die in der Lage sind, moderne Kryptographie zu brechen, benötigen möglicherweise weitaus weniger Qubits als bisher angenommen, so neue Forschungsergebnisse des California Institute of Technology.

In der am Montag veröffentlichten Studie arbeitete Caltech mit dem in Pasadena ansässigen Oratomic, einem von Caltech-Forschern gegründeten Startup für Quantencomputing, zusammen, um ein neues System mit neutralen Atomen zu entwickeln, bei dem einzelne Atome mit Lasern gefangen und gesteuert werden, um als Qubits zu fungieren. Dies könnte einem fehlertoleranten Quantencomputer ermöglichen, Shors Algorithmus auszuführen, der private Schlüssel aus den öffentlichen Schlüsseln der elliptischen Kurvenkryptographie von Bitcoin ableiten könnte, und das mit nur 10.000 rekonfigurierbaren atomaren Qubits.

Dolev Bluvstein, Mitbegründer und CEO von Oratomic sowie Gastwissenschaftler für Physik am Caltech, sagte, dass Fortschritte im Quantencomputing die Zeitpläne für praktische Maschinen beschleunigen und den Druck erhöhen, auf quantenresistente Kryptographie umzusteigen.

„Die Leute sind es gewohnt, dass Quantencomputer immer noch 10 Jahre entfernt sind“, sagte Bluvstein gegenüber Decrypt. „Aber wenn man sich ansieht, wo wir vor etwas mehr als zehn Jahren standen, beliefen sich die besten Schätzungen für Shors Algorithmus auf eine Milliarde Qubits, während die besten Systeme, die wir im Labor hatten, etwa fünf Qubits umfassten.“

Die heute gängigsten Fehlerkorrektursysteme erfordern oft etwa 1.000 physische Qubits, um ein einziges zuverlässiges, logisches Qubit zu erzeugen, die fehlerkorrigierte Einheit zur Durchführung von Berechnungen. Dieser Overhead hat dazu beigetragen, die Schätzungen für praktische fehlertolerante Systeme in den Millionen-Qubit-Bereich zu verschieben, was den Fortschritt hin zu Maschinen verlangsamt, die Algorithmen ausführen könnten, die RSA und die von Bitcoin und Ethereum verwendete elliptische Kurvenkryptographie bedrohen könnten.

Bluvstein merkte an, dass aktuelle Laborsysteme bereits 6.000 physische Qubits erreichen – und in einigen Fällen sogar überschreiten. Mit anderen Worten, das kryptographische Risiko könnte viel früher eintreten, als Experten zuvor erwartet hatten.

„Man kann wirklich sehen, wie Systemgröße und Kontrollierbarkeit im Laufe der Zeit zunehmen, während die benötigte Systemgröße sinkt“, sagte er.

Im September enthüllten Caltech-Forscher einen Quantencomputer mit neutralen Atomen, der 6.100 Qubits mit einer Genauigkeit von 99,98 % und Kohärenzzeiten von 13 Sekunden betrieb. Dies war ein Meilenstein auf dem Weg zu fehlerkorrigierten Quantenmaschinen, der auch Bedenken hinsichtlich zukünftiger Bedrohungen für Bitcoin durch Shors Algorithmus erneuerte.

Die Bedrohung hat Regierungen und Technologieunternehmen dazu veranlasst, mit der Migration zu Post-Quanten-Kryptographie zu beginnen, also Verschlüsselung, die Quantenangriffen standhalten soll. Forscher warnen jedoch, dass weiterhin große technische Herausforderungen bestehen, einschließlich der Skalierung von Quantensystemen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung extrem niedriger Fehlerraten.

„Alleine 10.000 physische Qubits zu haben, ist etwas, das innerhalb eines Jahres passieren könnte“, sagte Bluvstein. „Aber das ist wirklich nicht das Ziel, für das die Leute es halten. Es ist nicht so, dass man, wenn man einen Computer entwirft, einfach die Transistoren auf den Chip setzt, sich die Hände wäscht und sagt, man sei fertig. Es ist eine höchst nicht-triviale, extrem komplizierte Aufgabe, so etwas tatsächlich zu bauen.“

Dennoch sagte Bluvstein, dass ein praktischer Quantencomputer noch vor Ende des Jahrzehnts entstehen könnte.

Die Nachricht kommt, während Google-Forscher am Dienstag neue Erkenntnisse meldeten, die darauf hindeuten, dass zukünftige Quantencomputer die elliptische Kurvenkryptographie mit weniger Ressourcen brechen könnten als bisher angenommen. Dies erhöhte die Dringlichkeit der Forderungen nach einem Übergang zur Post-Quanten-Kryptographie, bevor solche Maschinen praktikabel werden.

Obwohl die Kryptowährungsbranche begonnen hat, sich zunehmend auf das Quantenrisiko zu konzentrieren, sagte Bluvstein, dass dieses Risiko weit über Blockchain-Netzwerke hinausgeht und Änderungen in großen Teilen der modernen digitalen Welt erfordert.

„Ich denke, die gesamte digitale Infrastruktur der Welt. Es ist nicht nur Blockchain. Es sind Internet-der-Dinge-Geräte, Internetkommunikation, Router, Satelliten“, sagte er. „Es umspannt die gesamte globale digitale Infrastruktur, und es ist kompliziert.“