Самая большая квантовая сеть из 120 кубитов: IBM сделала шаг, после которого безопасность криптовалют — это вопрос времени

Компания IBM сделала новый шаг в развитии квантовых вычислений, заставив специалистов по информационной безопасности задуматься о будущем биткоинов. Исследователи сообщили, что им удалось создать запутанную систему из 120 кубитов — крупнейшую и наиболее устойчивую из всех, что удавалось получить в лабораторных условиях. Этот результат приближает момент, когда квантовые устройства смогут выполнять такие сложные операции, что современные криптографические методы перестанут их сдерживать.

Эксперимент описан в работе Big Cats: Entanglement in 120 Qubits and Beyond. Авторы заявляют, что им удалось добиться подлинной многочастичной запутанности — состояния, при котором изменение одного элемента мгновенно отражается на всех остальных. Такие структуры рассматриваются как основа для будущих отказоустойчивых квантовых машин, способных решать задачи, недостижимые для традиционных суперкомпьютеров.

Чтобы реализовать этот принцип, инженеры применили математические методы из теории графов и стабилизаторных групп, а также технику «временной декомпоновки» — способ временно разрывать связь между кубитами, завершившими свою часть вычисления, снижая тем самым уровень шума. После этого их снова подключали к общей схеме. Конфигурация работала на сверхпроводящих элементах, а адаптивные компиляторы направляли операции в области чипа с минимальными ошибками. Такой подход обеспечил синхронность работы всей системы.

Основа эксперимента - состояние класса GHZ (Greenberger–Horne–Zeilinger), известное физикам как «кошачье» — отсылка к мысленному опыту Шрёдингера. В такой системе каждый кубит одновременно находится в двух состояниях, и изменение одного автоматически влечёт перестройку всех. Этот эффект невозможно объяснить законами классической физики. GHZ-конфигурации традиционно используют для тестирования разных квантовых платформ — от ионных ловушек до фотонных сетей. Из-за высокой чувствительности к помехам они считаются идеальным инструментом для проверки стабильности оборудования и позволяют проводить измерения с предельной точностью по принципу Гейзенберга.

Качество полученной структуры оценивалось по параметру «достоверность» (fidelity), показывающему, насколько экспериментальный результат близок к теоретическому идеалу. Значение 1,0 соответствует полному совпадению, а 0,5 считается минимальной границей, подтверждающей запутанность. Установка IBM показала показатель 0,56, что достаточно для доказательства когерентности всей 120-элементной системы.

Проверить результат напрямую невозможно: полный анализ всех комбинаций занял бы дольше, чем возраст Вселенной. Поэтому команда применила два статистических метода — тест паритетных колебаний, отслеживающий общие интерференционные закономерности, и метод прямой оценки достоверности, в котором случайным образом выбираются подмножества свойств, называемые стабилизаторами. Каждый стабилизатор выполнял роль датчика, подтверждающего синхронность взаимодействия отдельных пар кубитов.

Хотя новое устройство IBM пока не представляет угрозы для шифрования, оно приближает момент, когда квантовые алгоритмы смогут взламывать современные криптосистемы, включая защиту сети биткоина. По оценкам исследовательской группы Project 11, около 6,6 миллиона монет — примерно на 767 миллиардов долларов — остаются потенциально уязвимыми для подобной атаки. Среди них и средства, принадлежащие создателю криптовалюты Сатоши Накамото.

Если владелец биткоинов раскрывает публичный ключ, достаточно мощный квантовый компьютер сможет восстановить закрытый и получить доступ к средствам до подтверждения транзакции. Хотя современная установка IBM не обладает таким потенциалом, сама перспектива становится всё реальнее. Компания намерена к 2030 году создать системы с коррекцией ошибок, а Google и Quantinuum ведут аналогичные разработки. Если эти проекты увенчаются успехом, угроза для цифровых валют перестанет быть теоретической и станет вопросом времени.