Avrà il computer quantistico un impatto sullo spazio blockchain?
Cosa significa il calcolo quantistico per il futuro della blockchain?
Molto è stato fatto sul probabile avvento dell’informatica quantistica, che promette la capacità di eseguire calcoli a velocità che sono ordini di grandezza superiori a quelle dei computer attuali. Ma cosa significa il calcolo quantistico per il futuro della blockchain? Ma soprattutto i computer quantistici minacciano la sicurezza della blockchain?
Per rispondere a questa domanda, è importante esplorare prima la storia dell’informatica quantistica come concetto: le sue origini, i suoi obiettivi e i progressi che ha fatto negli ultimi anni. Da questo punto di partenza, è possibile analizzare i modi in cui la tecnologia può avere un impatto sui progetti blockchain e cosa significa in generale per lo spazio decentralizzato.
Che cos’è l’informatica quantistica?
La principale differenza tra i computer quantistici e i computer standard, o “classici”, è il modo in cui elaborano le informazioni. I computer classici utilizzano dati chiamati “bit” per memorizzare le informazioni in uno dei due stati: 0 e 1. Ciascuno di questi 0 e 1 rappresenta segnali elettrici ad alta o bassa tensione che il computer interpreta in ciò che vediamo sui nostri schermi. I computer quantistici , d’altra parte, memorizzano le informazioni in bit quantistici o ” qubit “” — Stati in virgola mobile che agiscono come una nuvola di probabilità piuttosto che un’affermazione binaria sì/no. L’alto livello di complessità di Qubits offre ai computer quantistici il potenziale per elaborare i dati esponenzialmente più velocemente dei computer classici; in teoria, potrebbero risolvere problemi di calcolo sono stati ritenuti impossibili per i computer classici.
Informatica quantistica: una breve storia
La ricerca che descrive i principi del calcolo quantistico è apparsa alla fine degli anni ’70 e all’inizio degli anni ’80. Nel 1979, Paul Benioff, un fisico degli Argonne National Labs, pubblicò un documento che dimostrava le basi teoriche per l’informatica quantistica e proseguì suggerendo che si potesse costruire un computer quantistico. Poi, nel 1980, il matematico Yuri Manin esplorò ulteriormente il concetto nel suo libro, Computable and Non-Computable.
Ma il concetto di informatica quantistica ha iniziato a guadagnare terreno per la prima volta nel 1981, quando un fisico teorico di nome Richard Feynman ha tenuto una conferenza intitolata “Simulare la fisica con i computer” al Massachusetts Institute of Technology (MIT). Durante questo discorso, Feynman ha sottolineato un problema: i computer classici non erano in grado di ricreare i fenomeni naturali in modo efficiente.
“La natura non è classica”, ha detto . “Se vuoi fare una simulazione della natura, faresti meglio a renderla meccanica quantistica”. Feynman sosteneva che creando un computer che operasse secondo i principi della meccanica quantistica, l’informatica potrebbe diventare esponenzialmente più veloce ed efficiente.
Poi, nel 1985, David Deutsch pubblicò il suo articolo fondamentale ” Teoria quantistica, principio di Church-Turing e computer quantistico universale “, in cui immaginava la creazione di una macchina quantistica di Turing. Deutsch, il cui lavoro nel campo lo ha portato ad essere ampiamente considerato il padrino dell’informatica quantistica, ha affermato che “Il calcolo quantistico… sarà la prima tecnologia che consentirà di svolgere compiti utili in collaborazione tra universi paralleli”.
Tredici anni dopo, nel 1994, il matematico Peter Shor sviluppò il suo famoso algoritmo. L’algoritmo di Shor era così potente nel fattorizzare gli interi che la sua stessa esistenza implicava che la crittografia a chiave pubblica potesse essere facilmente violata con un dispositivo abbastanza potente.
In sostanza, l’algoritmo ha dimostrato che i computer quantistici possono risolvere problemi complessi molto più velocemente anche dei supercomputer tradizionali più avanzati. Ad esempio, la fattorizzazione di numeri di 300 cifre richiederebbe a un computer tradizionale migliaia di anni, ma con l’algoritmo di Shor, un computer quantistico potrebbe teoricamente svolgere questo compito in poche ore.
Come la conferenza di Feynman del 1981, lo sviluppo dell’algoritmo di Shor ha suscitato un’ondata di interesse per l’informatica quantistica. Due anni dopo, nel 1996, lo scienziato informatico Lov Grover ha creato un algoritmo di ricerca di database per computer quantistici. L’algoritmo è in grado, in teoria, di risolvere problemi che coinvolgono calcoli di ricerca casuali o a forza bruta quattro volte più velocemente di un computer classico.
Nel 1998 è stato costruito il primo computer quantistico funzionante. Il dispositivo funzionava con solo due qubit. Quasi dieci anni dopo, la startup canadese D-Wave ha costruito un computer quantistico a 28 qubit. Da lì, la crescita dell’informatica quantistica è stata esplosiva. Nel 2017, un computer costruito da IBM e diversi team universitari aveva 50 qubit; nel 2018, Google ha presentato Bristlecone, un chip di calcolo quantistico che conteneva 72 qubit.
Con il lancio di Bristlecone, Google ha affermato di aver raggiunto la “supremazia quantistica”, ovvero che il chip potrebbe risolvere in modo dimostrabile problemi che nessun dispositivo informatico classico potrebbe risolvere in un ragionevole lasso di tempo. (Questa affermazione è stata successivamente contestata .)
Il calcolo quantistico significativo potrebbe essere ancora lontano… da cinque a dieci anni
Ma mentre sono stati fatti molti progressi nel mondo dell’informatica quantistica, gli esperti ritengono che potrebbero volerci dai cinque ai dieci anni prima che la tecnologia raggiunga un punto in cui può fornire un valore significativo. Eppure quel giorno si avvicina sempre di più. Mentre l’industria dell’informatica quantistica è stata valutata a circa $ 507,1 milioni nel 2019, si prevede che crescerà fino a $ 65 miliardi entro il 2030.
Internet quantistico e il futuro della sicurezza dei dati
L’informatica quantistica ha il potenziale per rivoluzionare l’intera Internet, dando origine alla cosiddetta “Internet quantistica”, che consentirà ai dispositivi di scambiare informazioni utilizzando i principi della meccanica quantistica. L’Internet quantistico potrebbe anche fungere da piattaforma per la comunicazione online e i processi computazionali che non sono possibili con i metodi di calcolo classici.
L’Internet quantistico promette livelli di sicurezza digitale molto più elevati di quanto fosse possibile in precedenza. Un ottimo esempio di questo potenziale è la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) , che potrebbe migliorare notevolmente la comunicazione crittografata. Proprio come la messaggistica crittografata tradizionale e il trasferimento di dati, gli algoritmi QKD condividerebbero le chiavi crittografiche tra due o più entità che consentirebbero loro di scambiare informazioni privatamente. Tuttavia, QKD può anche rendere completamente segreto lo scambio delle chiavi di crittografia; potrebbe persino avvertire gli utenti della presenza di un osservatore.
Inoltre, i computer quantistici potrebbero consentire la generazione di numeri veramente casuali . La generazione di numeri casuali è essenziale per la crittografia sicura, ma nella maggior parte dei casi i computer tradizionali si affidano in realtà a generatori di numeri “pseudo casuali”. Poiché i numeri generati da questi programmi non sono veramente casuali, sono ancora a rischio di essere compromessi.
Il calcolo quantistico avrà anche un impatto e potenzialmente migliorerà i servizi finanziari, gli strumenti e le infrastrutture su cui si basa la società. E poiché i computer quantistici sono particolarmente adatti per l’ordinamento tra risme di dati casuali, promettono di migliorare notevolmente la valutazione del rischio automatizzata e i modelli di previsione.
I computer quantistici hanno teoricamente capacità senza precedenti di identificare schemi, categorizzare e fare previsioni che oggi non sono possibili. Ad esempio, una banca potrebbe utilizzare l’informatica quantistica per migliorare algoritmi e modelli che calcolano le probabilità statistiche e quindi prevedere la probabilità di attività insolite che potrebbero influenzare i mercati finanziari. Le capacità di ordinamento dei dati dei computer quantistici potrebbero anche avere importanti implicazioni per l’ottimizzazione dei dati di trading, il che potrebbe aumentare i guadagni sugli investimenti e forse aprire la porta a nuove opportunità di investimento.
Cosa significherà l’avvento dell’informatica quantistica per le blockchain?
Ma per tutti i possibili benefici che l’informatica quantistica può portare al mondo, ci sono alcuni elementi della tecnologia che hanno causato preoccupazione tra alcune persone. In particolare, è stato suggerito che l’informatica quantistica minaccia la fattibilità della tecnologia blockchain a causa dell’uso da parte di quest’ultima della crittografia asimmetrica , nota anche come crittografia a chiave pubblica .
Su una blockchain, le chiavi pubbliche vengono utilizzate come indirizzi di portafoglio; le chiavi private vengono utilizzate per accedere ai fondi in un portafoglio di criptovaluta. Con i metodi di calcolo classici, un indirizzo di portafoglio pubblico può essere derivato da una chiave di portafoglio privata, ma le chiavi private non possono essere derivate da indirizzi pubblici.
Quando i computer quantistici entrano nel mix, tuttavia, è una storia diversa.
Utilizzando l’algoritmo di Shor, un computer quantistico potrebbe teoricamente determinare le chiavi private associate a qualsiasi indirizzo di portafoglio pubblico su una blockchain. Ciò rappresenterebbe ovviamente una minaccia esistenziale per le blockchain così come esistono attualmente. Ma è improbabile che uno scenario del genere diventi realtà.
Per capire perché è probabile che la crittografia blockchain prosperi, anche in un mondo di informatica quantistica, è utile esaminare più da vicino perché gli algoritmi crittografici potrebbero essere vulnerabili ai computer quantistici in primo luogo.
I computer classici usano “bit” di dati; allo stesso modo, la sicurezza di qualsiasi algoritmo crittografico viene misurata in ” bit di sicurezza ” . Questo strumento di misurazione fornisce un metodo per confrontare la forza di diversi algoritmi di crittografia: ad esempio, ci vorrebbero 2.128 passaggi di calcolo classici per un utente malintenzionato per decifrare un algoritmo di crittografia che fornisce 128 bit di sicurezza.
Tuttavia, quando si tratta di calcolo quantistico, il numero di passaggi necessari per decifrare gli algoritmi crittografici è drasticamente ridotto. Ad esempio, l’algoritmo di Shor può essere utilizzato per ridurre la sicurezza di una chiave RSA a 3.072 bit a soli 26 bit di sicurezza, un livello che potrebbe essere violato con la potenza di calcolo di un telefono cellulare.
Se i computer quantistici grandi e potenti iniziano a esistere su vasta scala, la potenza di molti algoritmi crittografici a chiave pubblica potrebbe essere resa virtualmente obsoleta.
L’avvento della blockchain quantistica
Ma mentre alcuni tipi di crittografia sono vulnerabili ai quanti, i cosiddetti algoritmi “a prova di quantismo” sono già stati sviluppati da organizzazioni di ricerca di alto profilo. E anche alcuni dei tipi più comuni di crittografia possono essere “a prova di quantismo” se utilizzati correttamente. Ad esempio, si dice che la crittografia Advanced Encryption Standard (AES) con una sicurezza superiore a 256 bit sia resistente ai quanti.
L’ascesa dell’informatica quantistica significherà che le applicazioni di messaggistica crittografata, le VPN e le reti di criptovaluta che si basano su algoritmi crittografici non quantistici dovranno eventualmente passare ad algoritmi a prova quantistica. Ma questo cambiamento è evolutivo, non esistenziale: la continua crescita e sviluppo della tecnologia in generale si basa fondamentalmente su concetti individuali che avanzano e cambiano per stare al passo l’uno con l’altro.
E la realtà è che i computer quantistici e la tecnologia blockchain possono coesistere, lavorare insieme e rafforzarsi a vicenda.
La combinazione di informatica quantistica e tecnologia blockchain è diventata nota come ” blockchain quantistica “. Come le blockchain classiche, le blockchain quantistiche sono registri decentralizzati e crittografati. Tuttavia, a differenza delle blockchain classiche, queste reti sarebbero basate sul calcolo quantistico, sulla teoria dell’informazione quantistica e sulla meccanica quantistica.
Sebbene nessuna blockchain quantistica sia ancora operativa, un certo numero di ricercatori sta esplorando il potenziale della tecnologia. Nel 2018, i ricercatori della Victoria University di Wellington, in Nuova Zelanda, hanno proposto un modello di blockchain quantistica che memorizzerebbe i dati blockchain in un’era quantistica : pezzi di dati di transazione sarebbero archiviati in fotoni entangled che esistono solo per un breve periodo. Dopo aver cessato di esistere, tuttavia, i fotoni sarebbero ancora leggibili, racchiusi per sempre in una sorta di modalità di “sola lettura”, impossibile da modificare.
“L’entanglement nel tempo, al contrario di un entanglement nello spazio, fornisce il cruciale vantaggio quantico”, si legge nel rapporto. “Tutti i sottocomponenti di questo sistema hanno già dimostrato di essere realizzati sperimentalmente. Forse, in modo più scioccante, la nostra procedura di codifica può essere interpretata come un’influenza non classica sul passato; quindi questa blockchain quantistica decentralizzata può essere vista come una macchina del tempo in rete quantistica”.
In teoria, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per creare una blockchain immensamente sicura.
Nel 2019, un team indipendente di ricercatori ha anche proposto la creazione di un nuovo tipo di criptovaluta soprannominata la “moneta quantistica”, sostenendo che le blockchain quantistiche potrebbero produrre modelli transazionali più sicuri ed efficienti. I ricercatori hanno proposto la combinazione di entanglement quantistico e Distributed Proof-of-Stake (DPoS) per creare un nuovo tipo di meccanismo di consenso che sarebbe più veloce ed efficiente degli algoritmi di consenso blockchain pre-quantistica.
Ma mentre gli sviluppi tecnologici quantistici stanno accadendo più velocemente che mai, ci vorranno ancora anni prima che i computer quantistici diventino una realtà. Nel frattempo, gli utenti e gli sviluppatori di criptovalute possono adottare le misure necessarie per rendere a prova quantistica le reti blockchain su cui si basano. E quando arriva la supremazia quantistica, i progetti blockchain dovrebbero essere preparati per innovare e prosperare.
L’informatica quantistica è un’opportunità fondamentale per la blockchain
L’informatica quantistica non è una minaccia per la tecnologia blockchain. Al contrario, ha il potenziale per accelerare esponenzialmente l’impatto positivo dei progetti decentralizzati e rafforzare notevolmente la privacy online, consentendo standard di crittografia e immutabilità che oggi non sono possibili. L’ascesa delle blockchain quantistiche rappresenterebbe l’adempimento di una grande quantità di promesse tecnologiche e avvantaggerebbe notevolmente le persone in tutto il mondo.
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Independent researcher and consultant, Tech Writer at Blockchain Technology. From Italy