Minggu ini, Google menerbitkan sebuah makalah yang menjelaskan bagaimana sebuah komputer kuantum secara teoritis dapat menurunkan kunci privat bitcoin dalam 9 menit, dengan dampak yang menjangkau hingga Ethereum, token lain, perbankan privat, dan berpotensi segalanya di dunia.
Komputasi kuantum mudah keliru dianggap sebagai versi yang lebih cepat dari komputer biasa. Tapi ini bukan chip yang lebih bertenaga atau kumpulan server yang lebih besar. Ini adalah jenis mesin yang berbeda secara mendasar, berbeda pada level atom itu sendiri.
Sebuah komputer kuantum dimulai dari loop logam yang sangat dingin dan sangat kecil, tempat partikel mulai berperilaku dengan cara yang tidak mereka lakukan dalam kondisi normal di Bumi—cara yang mengubah apa yang kita anggap sebagai aturan dasar fisika.
Memahami apa artinya secara fisik adalah perbedaan antara membaca tentang ancaman kuantum dan benar-benar memahaminya.
Bagaimana komputer dan komputer kuantum benar-benar bekerja
Komputer biasa menyimpan informasi sebagai bit—masing-masing nilainya baik 0 atau 1. Bit adalah sakelar kecil. Secara fisik, itu adalah transistor pada sebuah “chip”—gerbang mikroskopis yang baik melewatkan listrik (1) atau tidak (0).
Setiap foto, setiap transaksi bitcoin, setiap kata yang pernah Anda ketik disimpan sebagai pola sakelar-sakelar ini yang dalam keadaan menyala atau mati. Tidak ada yang misterius tentang sebuah bit; itu adalah objek fisik dalam salah satu dari dua keadaan yang pasti.
Setiap perhitungan hanyalah mengacak-acak 0 dan 1 ini dengan sangat cepat. Chip modern bisa melakukannya miliaran kali per detik, tetapi tetap melakukannya satu per satu, secara berurutan.
Komputer kuantum menggunakan sesuatu yang dikenal sebagai qubit alih-alih bit. Sebuah qubit bisa bernilai 0, 1, atau—dan ini bagian yang aneh—keduanya pada saat yang sama!
Ini dimungkinkan karena sebuah qubit adalah jenis objek fisik yang benar-benar berbeda. Versi yang paling umum, dan yang digunakan Google, adalah loop kecil dari logam superkonduktor yang didinginkan hingga sekitar 0.015 derajat di atas nol mutlak—lebih dingin daripada luar angkasa, tetapi di sini di Bumi.
Pada suhu itu, listrik mengalir melalui loop tanpa hambatan, dan arus dikatakan berada dalam keadaan kuantum.
Di dalam loop superkonduktor, arus bisa mengalir searah jarum jam (sebut itu 0) atau berlawanan arah jarum jam (sebut itu 1). Namun pada skala kuantum, arus tidak harus memilih satu arah dan benar-benar mengalir dalam kedua arah sekaligus.
Jangan salah mengira itu seperti berpindah antara dua keadaan tersebut dengan sangat cepat. Arusnya bisa diukur, diuji secara eksperimen, dan dapat diverifikasi ada dalam kedua keadaan secara bersamaan.
(CoinDesk)
Fisika yang membuat kepala berputar
Sudah sampai sini dengan kita? Bagus, karena inilah bagian yang benar-benar jadi aneh, karena fisika di balik cara kerja tersebut tidak langsung intuitif, dan memang tidak seharusnya begitu.
Segala sesuatu yang berinteraksi dengan seseorang dalam kehidupan sehari-hari mematuhi fisika klasik, yang mengasumsikan bahwa benda berada di satu tempat pada satu waktu. Tapi partikel tidak berperilaku seperti itu pada skala subatomik.
Sebuah elektron tidak memiliki posisi yang pasti sampai Anda melihatnya. Sebuah foton tidak memiliki polarisasi yang pasti sampai Anda mengukurnya. Sebuah arus dalam loop superkonduktor tidak mengalir dalam arah yang pasti sampai Anda memaksanya untuk memilih.
Alasan kita tidak mengalaminya dalam kehidupan sehari-hari adalah dekoherensi. Ketika sebuah sistem kuantum berinteraksi dengan lingkungannya—molekul udara, panas, getaran, dan cahaya—superposisi runtuh hampir seketika.
Sebuah bola sepak tidak bisa berada di dua tempat sekaligus karena bola itu berinteraksi dengan triliunan molekul udara, debu, suara, panas, gravitasi, dll., setiap nanodetik. Tapi isolasikan sebuah arus kecil dalam ruang hampa yang nyaris pada nol mutlak, lindungi dari setiap gangguan yang mungkin, dan perilaku kuantumnya bertahan cukup lama untuk melakukan perhitungan.
Itulah sebabnya komputer kuantum sangat sulit dibangun. Orang-orang membuat lingkungan fisik tempat hukum-hukum fisika yang biasanya mencegah hal-hal seperti ini terjadi justru ditahan dalam jarak yang cukup jauh—hanya selama waktu yang cukup untuk menjalankan sebuah perhitungan.
Mesin Google beroperasi dalam lemari pendingin dilution refrigerators berukuran seperti ruangan-ruangan besar, lebih dingin daripada apa pun di alam semesta yang alami, dikelilingi lapisan-lapisan pelindung terhadap gangguan kebisingan elektromagnetik, getaran, dan radiasi termal.
Dan qubit-qubitnya rapuh bahkan dalam kondisi itu. Mereka kehilangan keadaan kuantum mereka secara konstan, itulah sebabnya “koreksi kesalahan” mendominasi setiap pembicaraan tentang penskalaan.
Jadi komputasi kuantum bukan versi yang lebih cepat dari komputasi klasik. Ini mengeksploitasi kumpulan hukum fisika yang berbeda yang hanya berlaku pada skala yang sangat kecil, suhu yang sangat rendah, dan rentang waktu yang sangat singkat.
(CoinDesk)
Sekarang susun itu.
Dua bit biasa bisa berada dalam salah satu dari empat keadaan (00, 01, 10, 11), tetapi hanya satu pada satu waktu (karena arus mengalir hanya dalam satu arah). Dua qubit dapat merepresentasikan semua empat keadaan sekaligus, karena arus mengalir dalam semua arah pada saat yang sama.
Tiga qubit merepresentasikan delapan keadaan. Sepuluh qubit merepresentasikan 1,024. Lima puluh qubit merepresentasikan lebih dari satu kuadriliun. Jumlahnya berlipat dua dengan setiap qubit yang ditambahkan, itulah mengapa penskalaannya begitu eksponensial.
Trik kedua adalah sesuatu yang disebut entanglement (keterikatan). Ketika dua qubit terjerat, mengukur satu secara instan memberi tahu seorang pengamat sesuatu tentang yang lain, apa pun seberapa jauh mereka. Ini memungkinkan komputer kuantum berkoordinasi di seluruh keadaan-keadaan simultan itu dengan cara yang tidak bisa dilakukan komputasi paralel biasa.
Dan komputer-komputer kuantum ini disiapkan sehingga jawaban yang salah saling meniadakan (seperti gelombang yang saling tumpang tindih dan menjadi datar) dan jawaban yang benar saling menguatkan (seperti gelombang yang bertumpuk menjadi lebih tinggi). Pada akhir perhitungan, jawaban yang benar memiliki probabilitas tertinggi untuk diukur.
Jadi bukan sekadar kecepatan brute-force. Ini adalah pendekatan yang benar-benar berbeda untuk perhitungan—yang memungkinkan alam mengeksplorasi ruang kemungkinan yang eksponensial besar dan kemudian runtuh menjadi jawaban yang benar melalui fisika, bukan melalui logika.
Ancaman monumental bagi kriptografi
Fisika yang membuat kepala berputar inilah yang membuatnya begitu mengerikan bagi enkripsi.
Matematika yang melindungi bitcoin bergantung pada asumsi bahwa memeriksa setiap kunci yang mungkin akan memakan waktu lebih lama daripada usia alam semesta.
Tapi sebuah komputer kuantum tidak memeriksa setiap kunci. Ia mengeksplorasi semuanya secara simultan dan menggunakan interferensi untuk memunculkan yang benar.
Di situlah keterkaitannya dengan Bitcoin. Jika berjalan satu arah, dari kunci privat ke kunci publik, butuh milidetik. Jika berjalan arah sebaliknya, dari kunci publik kembali ke kunci privat, komputer klasik akan membutuhkan satu juta tahun, atau bahkan lebih lama daripada usia alam semesta. Asimetri itulah satu-satunya hal yang membuktikan bahwa seseorang memegang koin mereka.
(CoinDesk)
Komputer kuantum yang menjalankan algoritma bernama Shor dapat menelusuri jebakan pintu (trapdoor) itu secara terbalik. Makalah Google minggu ini menunjukkan bahwa ia bisa melakukannya dengan jauh lebih sedikit sumber daya daripada perkiraan siapa pun sebelumnya, dan dalam tenggat waktu yang berkejaran dengan konfirmasi blok milik bitcoin itu sendiri.
Inilah sebabnya ancaman komputer kuantum yang memecahkan enkripsi blockchain benar-benar membuat semua orang sangat khawatir.
Cara serangan itu bekerja langkah demi langkah, apa yang secara spesifik diubah oleh makalah Google, dan apa artinya bagi 6.9 juta bitcoin yang sudah terpapar, adalah topik dari tulisan berikutnya dalam seri ini.
