Microsoft và Atom Computing, một công ty công nghệ có trụ sở tại California, gần đây đã công bố một bước đột phá trong lĩnh vực máy tính lượng tử, có thể mở ra con đường cho một cuộc cách mạng bằng chứng công việc trong thế giới khai thác blockchain.
Các nhà khoa học và kỹ sư từ hai công ty này đã phát triển một hệ thống máy tính lượng tử gồm 24 qubit logic đan cài được tạo ra từ chỉ 80 qubit vật lý — một kỳ tích lập kỷ lục mới về số lượng qubit logic đan cài cao nhất đạt được bằng cách sử dụng các kỹ thuật sửa lỗi.
Tầm quan trọng của bước đột phá khoa học này nằm ở hiệu quả mà các nhóm đã đạt được. Những ước tính trước đây đã chỉ ra rằng có thể cần hàng nghìn qubit vật lý làm việc cùng nhau để tạo ra một qubit logic duy nhất.
Bằng cách đan cài 24 qubit logic được xây dựng chỉ với 80 qubit tổng thể, khung tham chiếu về cả quy mô hệ thống này có thể thực hiện được như thế nào, và các công ty như Microsoft và Atom Computing sẽ sớm có thể mở rộng chúng ra sao, đã có một sự thay đổi đáng kể.
Bằng chứng công việc
Các nhà phân tích từ lâu đã cảnh báo rằng máy tính lượng tử có thể một ngày nào đó có lợi thế hoặc tốc độ lượng tử trong việc phá vỡ một số biện pháp bảo mật dữ liệu cổ điển nhất định.
Một trong những biện pháp đó, mã hóa SHA-256, phục vụ như một câu đố mà các Thợ đào trên một số mạng blockchain, như blockchain Bitcoin, phải giải quyết để chứng minh bằng chứng công việc (PoW).
Các Thợ đào blockchain hiện đại, như những mô hình được sử dụng bởi các cơ sở khai thác Bitcoin lớn nhất thế giới, cạnh tranh để tìm ra mã băm cho tiêu đề của một khối. Để giải câu đố, về cơ bản họ phải đoán mã băm đạt chỉ tiêu được xác định bởi mức độ khó của mạng.
Phức tạp hơn, mức độ khó này được điều chỉnh mỗi 2.016 khối để đảm bảo rằng các khối mới được thêm vào blockchain khoảng mỗi 10 phút. Kết quả là, ngày càng trở nên khó khăn cho các Thợ đào cổ điển giải câu đố này.
Thuật toán Grover
Một kỹ thuật khai thác dữ liệu lý thuyết gọi là “Thuật toán Grover” có thể là đòn đánh cuối cùng vào việc khai thác blockchain cổ điển.
Thuật toán Grover, cung cấp tốc độ nhanh gấp đôi so với tìm kiếm brute-force cổ điển, đã được chứng minh qua các thí nghiệm quy mô nhỏ. Tuy nhiên, việc ứng dụng nó cho các vấn đề quy mô lớn, chẳng hạn như giải mã SHA-256, vẫn còn mang tính lý thuyết vì phần cứng lượng tử cần để chạy nó ở quy mô lớn chưa được phát triển.
Cụ thể, liên quan đến SHA-256, thuật toán Grover sẽ cần một máy tính lượng tử với hàng trăm hoặc hàng nghìn qubit logic được sửa lỗi để hoạt động đủ tốt nhằm phá vỡ các thuật toán mã hóa cổ điển.
Tăng tốc lượng tử
Dù một sự suy diễn toán học nông cạn chỉ ra rằng thuật toán Grover có thể giảm độ phức tạp của SHA-256 xuống một nửa so với nỗ lực cổ điển, nhưng lợi thế ngược tự nhiên do cơ học lượng tử mang lại — dưới hình thức chồng chập và giao thoa — còn tăng thêm tiềm năng tốc độ đáng kể hơn nữa.
Cuối cùng, một phân tích chi phí-lợi ích có thể ủng hộ việc đầu tư vào hệ thống lượng tử thay vì các thiết bị khai thác cổ điển.
Dựa vào suy diễn toán học đã đề cập trước đó, với khoảng 3.000 qubit logic, các thiết bị khai thác lượng tử được xây dựng trên nền tảng như hệ thống mà Microsoft và Atom Computing vừa ra mắt, có thể thực hiện khả năng áp đảo hồ khai thác cổ điển để giành được khối với quy mô lớn.
Dù các tiến bộ mới đây, vẫn chưa rõ khi nào các giàn khoan như vậy sẽ khả thi. Các nhà phân tích đã thường chỉ ra khung thời gian từ 10 đến 50 năm cho máy tính lượng tử được sửa lỗi vượt qua các giới hạn hiện tại của nó. Nhưng những dự đoán này không hoàn toàn mang tính khoa học, và chưa có sự đồng thuận hiện nay giữa các nhà vật lý về thời điểm sẽ đạt được các cột mốc tiếp theo.
Tuy nhiên, nghiên cứu vừa công bố từ Microsoft và Atom Computing có thể đóng vai trò quan trọng trong việc đẩy lùi cây kim về phía hiện tại.
Theo trang web của Atom Computing, chẳng hạn, hai công ty này dự định đưa ra thị trường một máy tính lượng tử 1 nghìn qubit vào năm 2025.
