Sự phát triển công nghệ là không ngừng trong thế giới hiện nay, và mỗi ngày, những đổi mới, ý tưởng, công nghệ và việc triển khai các công nghệ đã tồn tại ra đời. Hiện nay, ở đầu danh sách các phát minh nổi bật là máy tính lượng tử. Thế hệ máy tính mới này tốt hơn các hệ thống nhị phân mà chúng ta đã sử dụng trong một thời gian dài.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là hệ thống sử dụng hiện tượng cơ học lượng tử để lưu trữ và xử lý dữ liệu. Thay vì sử dụng bit truyền thống, máy tính lượng tử sử dụng qubit, hoặc bit lượng tử, có khả năng tồn tại đồng thời ở trạng thái 1 và 0.

Hai bit có bốn kết hợp có thể có và chỉ có thể giữ một kết hợp vào một thời điểm, trong khi một cặp qubit duy nhất có khả năng lưu trữ tất cả bốn kết hợp đồng thời. Điều này có nghĩa rằng chúng có khả năng xử lý nhiều dữ liệu hơn nhiều.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là một lĩnh vực mới của khoa học máy tính sử dụng các ý tưởng của lý thuyết lượng tử để giải quyết các vấn đề toán học và chạy các mô hình lượng tử. Máy tính lượng tử áp dụng các hạt cấu tạo nguyên tử như electron hoặc photon và ghép chúng với các bit lượng tử, hoặc qubits, cho phép các hạt này có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc.

Điều này có nghĩa là các qubit kết nối có thể sử dụng sự can thiệp giữa các trạng thái lượng tử giống sóng của họ để thực hiện các phép tính mà máy tính nhị phân hàng ngày sẽ mất vô vàn thời gian để xử lý.Lĩnh vực máy tính lượng tử được giới thiệu vào những năm 1980khi phát hiện ra rằng các vấn đề tính toán cụ thể có thể được xử lý bằng các thuật toán lượng tử thay vì máy tính nhị phân hiện tại.

Máy tính lượng tử có thể tìm ra rất nhiều khả năng khác nhau và tìm ra các câu trả lời có thể cho rất nhiều vấn đề khó khăn. Hệ thống hàng ngày lưu trữ thông tin dưới dạng bit, trong khi máy tính lượng tử sử dụng qubit để lưu trữ thông tin ở một trạng thái lượng tử áp dụng 1 và 0 theo cách đa chiều.

Làm Thế Nào Máy Tính Lượng Tử Hoạt Động?

Máy tính lượng tử rất khác biệt so với máy tính truyền thống. Chúng xử lý thông tin theo cách không tuân theo các bit nhị phân thông thường mà chúng ta quen thuộc. Thay vào đó, máy tính lượng tử xử lý thông tin thông qua các bit lượng tử, hay qubit.

Qubits có một kỹ thuật gọi là siêu vị trí, đó là khả năng của một hệ thống lượng tử có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc cho đến khi nó được đo lường. Máy tính lượng tử sử dụng một số thuật toán để đo lường và quan sát. Những thuật toán này được người dùng cung cấp, sau đó máy tính tạo ra một không gian đa chiều trong đó các mẫu và điểm dữ liệu cá nhân được lưu trữ.

Nguồn:Hướng tới Khoa học Dữ liệu

Một yếu tố quan trọng trong việc máy tính lượng tử hoạt động là cấu trúc vật lý của máy tính. Một máy tính lượng tử tiêu chuẩn bao gồm ba phần chính. Phần đầu tiên là máy tính và cơ sở hạ tầng truyền thống chịu trách nhiệm về lập trình và gửi hướng dẫn đến các bit lượng tử.

Phần thứ hai là một phương pháp lựa chọn để truyền tín hiệu từ máy tính đến các qubit. Phần thứ ba và cuối cùng là bộ đơn vị lưu trữ được sử dụng để bảo vệ các qubit. Bộ đơn vị lưu trữ này phải được trang bị các công cụ cần thiết để ổn định các qubit. Bộ đơn vị lưu trữ này phải đáp ứng một số nhu cầu và yêu cầu nhất định, như đạt được gần với không độ C để chứa một buồng chân không.

Phần này là cần thiết do tính chất bảo dưỡng cao của qubit. Bất kỳ vấn đề nhỏ nào cũng có thể dẫn đến mất trạng thái lượng tử hoặc qubit dễ bị lỗi rơi vào trạng thái phân rã. Vì vậy, việc ngăn chặn ngay cả những rung động nhỏ nhất và sự thay đổi nhiệt độ là cần thiết để tránh mất qubit.

Máy tính lượng tử được sử dụng để làm gì?

Hệ thống truyền thống được sử dụng để giải quyết một số vấn đề và thực hiện các phép tính khác nhau. Quantum cũng không khác gì ở điểm này vì hệ thống có khả năng xử lý thách thức. Việc tính toán lượng tử có một số trường hợp sử dụng, như trí tuệ nhân tạo, cung cấp dịch vụ tài chính và sản xuất phức tạp.

Trí tuệ nhân tạo

Máy tính lượng tử có thể tiềm năng phân tích và xử lý một lượng lớn dữ liệu nhanh hơn hệ thống truyền thống, điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn tốt hơn khi áp dụng vào công nghệ nhân tạo. Máy tính lượng tử có khả năng phát hiện ra các mẫu tồn tại mà hệ thống truyền thống khó hoặc không thể nhận biết. Chúng có thể thu thập, kết hợp và sắp xếp lại các ý tưởng hiện tại theo cách mà con người và hệ thống truyền thống không thể làm được.

Dịch vụ tài chính

Ngành tài chính là một lĩnh vực cần sức mạnh xử lý của máy tính lượng tử. Các bộ dữ liệu lớn mà các tổ chức tài chính phải sắp xếp sẽ được xử lý bởi máy tính lượng tử. Điều này có thể mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực trong ngành tài chính, như thị trường vốn, tài chính doanh nghiệp, quản lý danh mục và nhiều lĩnh vực khác. Cuối cùng, vì máy tính lượng tử phát triển mạnh trong các lĩnh vực có luồng dữ liệu trực tiếp, khả năng xử lý của chúng sẽ làm cho việc phân tán số lượng lớn dữ liệu thu thập từ giá cổ phiếu thời gian thực trở nên dễ dàng hơn.

Sản xuất phức tạp

Máy tính lượng tử có thể thu thập các tập dữ liệu lớn từ quy trình sản xuất thất bại và dịch chúng thành các kết hợp khác nhau của thách thức, khi kết hợp với một thuật toán lượng tử có thể xác định phần nào của quy trình sản xuất phức tạp dẫn đến sự cố sản phẩm.

Loại tấn công

Mặc dù máy tính lượng tử vẫn đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhưng các chuyên gia đã dự đoán được tiềm năng tương lai của công nghệ này cũng như tiềm năng cho việc lạm dụng.

Trong tương lai gần, hai cuộc tấn công lớn có thể trở thành hiện thực nhờ vào các công nghệ mới có thể đe dọa an ninh số.

Tấn công lưu trữ

Loại tấn công này liên quan đến một người tấn công độc hại nhắm vào các địa chỉ dễ bị tấn công (ví lưu trữ khóa công khai trên blockchain) để đánh cắp tiền. Điều này có nghĩa là các loại token như Bitcoin và Ethereum sẽ dễ bị tấn công bởi máy tính lượng tử khi được trang bị đủ tài nguyên.

Điều này có nghĩa là hàng trăm tỷ đô la giá trị của các loại tiền điện tử có thể bị dễ bị tấn công lưu trữ. Hiện tại, máy tính lượng tử chưa có 10 triệu qubits cần thiết để thực hiện một cuộc tấn công như vậy, nhưng các nhà khoa học dự đoán rằng sức mạnh tính toán như vậy sẽ được đạt được trong khoảng 10 đến 15 năm tới.

Tấn công truyền tải

Một cuộc tấn công transit sẽ đòi hỏi một diễn viên độc hại cố gắng đánh cắp một giao dịch blockchain ở giữa đường và điều hướng các quỹ đến địa chỉ của họ. Điều này sẽ yêu cầu một lượng lớn sức mạnh tính toán, nhưng trên một tỷ lệ lớn hơn và khó khăn hơn, vì vụ đánh cắp phải hoàn thành trước khi giao dịch được xử lý bởi các máy đào.

Để thực hiện một nhiệm vụ như vậy, các nhà khoa học dự đoán rằng một máy tính lượng tử sẽ cần hàng tỷ qubit.

Máy tính lượng tử có đe dọa đối với tiền điện tử không?

Việc cung cấp hiện tại của máy tính lượng tử là một chỉ số quan trọng cho thấy hệ thống mới hiện tại không đe dọa nhiều đến ngành tiền điện tử. Mặc dù khả năng của máy tính lượng tử là vô số, nhưng nó cần phải không có lỗi và lo ngại, kết hợp với tốc độ tính toán nâng cao, trước khi có thể hoàn thành một kỳ tích như vậy.

Ngoài tốc độ tính toán, nó cũng cần một cấp độ sức mạnh tính toán không thể tin được để có thể tiến hành một cuộc tấn công vào các cơ sở lưu trữ.Nó sẽ cần khoảng 10 triệu qubittrước khi nó có thể tiến hành cuộc tấn công như vậy.

Một cuộc tấn công trung chuyển sẽ lớn hơn rất nhiều vì mức độ sức mạnh tính toán cần thiết sẽ cao hơn. Kẻ tấn công sẽ phải triển khai một lượng lớn sức mạnh tính toán lượng tử để kiểm soát mạng lưới trước khi thời gian tạo khối hết. Điều này là một nhiệm vụ khó khăn hơn nhiều, xét đến việc tấn công tất cả các nút mạng. Cửa sổ cho hoạt động này tương đối hẹp. Ví dụ, một cuộc tấn công vào Bitcoinsẽ yêu cầu kẻ tấn công hoàn thành quá trình trong vài phút, trong khi đó trênEthereumwould have to be completed in tens of seconds.

Với lượng công suất máy tính lượng tử cần thiết, ngành công nghiệp tiền điện tử hiện tại không bị đe dọa; thay vào đó, họ có đủ thời gian để tạo ra một thuật toán chống lại các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử.

Bảo vệ chống lại Máy tính lượng tử

Hiện tại, chỉ có khả năng đe dọa tiềm ẩn mà máy tính lượng tử mang lại mới được biết đến. Các đam mê tiền điện tử và các nhà phát triển blockchain hiện đang tìm cách bảo vệ thế giới tiền điện tử khỏi sự đe dọa mà máy tính lượng tử mang lại. Đề xuất phổ biến nhất là mật mã dựa trên lưới.

Mật mã dựa trên lưới là việc xây dựng một hệ thống mật mã liên quan đến lưới, entweder trong chứng minh an toàn hoặc trong việc xây dựng chính nó. Đây là một trong những hệ thống khóa công khai ít phổ biến có thể chống lại tấn công từ cả máy tính cổ điển và máy tính lượng tử. Điều này bởi vì nó dựa trên một vấn đề mà máy tính lượng tử có thể không dễ dàng giải quyết được.

Những câu hỏi này được gọi là Vấn đề Vector Ngắn nhất (SVP). Loại câu hỏi này thường liên quan đến việc tìm vector ngắn nhất trong một lưới có số chiều cao. Các chuyên gia cho rằng SVP khó giải quyết cho máy tính lượng tử do cách mà máy tính lượng tử hoạt động.

Trong một máy tính lượng tử, chỉ khi trạng thái qubit hoàn toàn trùng khớp thì nguyên lý siêu vị trí mới có thể được sử dụng; khi các trạng thái không được cân chỉnh, nó phải dựa vào các phương pháp tính toán truyền thống hơn, đó là lý do tại sao rất khó để thành công trong việc giải quyết vấn đề SVP.

Có các dự án như IOTA đã sử dụng công nghệ đồ thị hướng dẫn không chu kỳ (DAG), mà theo các chuyên gia, là chống lại máy tính lượng tử. Một đồ thị hướng dẫn không chu kỳ, khác với các chuỗi khối, được tạo thành từ các nút và kết nối. Công nghệ ghi lại các giao dịch mật mã dưới dạng các nút, và các hồ sơ của các trao đổi này được xếp chồng lên nhau.

Nhược điểm của Máy tính lượng tử

Hệ thống máy tính phần lớn không hoàn toàn miễn lỗi, và máy tính lượng tử cũng không phải là ngoại lệ trong quy tắc đó. Một nhược điểm lớn của máy tính lượng tử là hầu hết các máy tính lượng tử hiện nay đều là các mẫu thử và vẫn còn cồng kềnh, đắt tiền và không thân thiện với người dùng.

Nó cũng gặp phải những vấn đề khó khăn ban đầu mà các nhà phát triển vẫn gặp khó khăn trong việc giải quyết. Vấn đề lớn khác là vấn đề về sự liên kết. Việc liên kết của một số qubit cùng một lúc khó khăn như việc đảm bảo trạng thái chính xác cho các quá trình lượng tử.

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, kết quả của quá trình lượng tử vẫn có tỷ lệ lỗi rất cao. Nếu tất cả các vấn đề này được giải quyết, sẽ xuất hiện một vấn đề an ninh mà máy tính lượng tử đặt ra đối với các cơ chế mã hóa. Sức mạnh tính toán rộng lớn sẽ làm cho tất cả các cơ chế mã hóa hiện đang sử dụng trở nên vô dụng.

Bất kỳ giao dịch hoặc bất kỳ loại kết nối an toàn nào được thực hiện trên internet đều có thể bị crack, dẫn đến việc dữ liệu bị đánh cắp có thể bị lạm dụng hoặc bán. Điều này sẽ tạo ra vấn đề cho tiền điện tử, vì nó sẽ loại bỏ tính bảo mật và ẩn danh đi kèm với nền tảng.