Quantum Computing, blockchain a rischio?

All’edizione 2019 del CES di Las Vegas, il primo computer quantistico “commerciale” presentato da IBM, Q System One è stato uno dei protagonisti. I computer quantistici sono indicati come il futuro prossimo dei calcolatori, destinati ad uscire dai laboratori di ricerca dove finora avevano trovato applicazione.
Negli ultimi decenni, i produttori di chip sono stati in grado di adattare sempre più transistor nelle CPU, riducendone le dimensioni: nei moderni processori, i transistor possono essere persino più piccoli delle dimensioni del virus dell’HIV. In sostanza, stiamo raggiungendo il punto in cui i transistor potranno raggiungere le dimensioni dell’atomo. Ecco perché si ritiene che la legge di Moore non reggerà in futuro, e la potenza di calcolo potrebbe non aumentare allo stesso ritmo sostenuto che in passato. Entrano così in gioco i computer quantistici, potenzialmente così potenti da mettere a rischio l’infrastruttura portante della Blockchain.

Meccanica quantistica applicata all’IT

I computer quantistici possono eseguire elaborazioni in parallelo con una maggiore efficienze e rapidità rispetto ai computer tradizionali. Ciò è reso possibile applicando i principi della meccanica quantistica all’informatica, dove i quantum bit (noti anche come qubit o qbit), la componente elementare alla base del funzionamento dei computer quantistici possono esistere in qualsiasi sovrapposizione di valori tra 0 e 1. Di conseguenza, la capacità di elaborazione delle informazioni aumenta in maniera esponenziale rispetto al tradizionale sistema binario 0-1 dei computer tradizionali. 

A rischio l’applicazione della Blockchain?

La tecnologia Blockchain utilizza tecniche crittografiche teoricamente ritenute infrangibili, tranne che per mezzo di attacchi hacker che richiedono enormi poteri di calcolo, finora impensabili. La tecnologia Blockchain consente di distribuire un “libro delle transazioni” tra una vasta rete di computer, utilizzando funzioni matematiche come la fattorizzazione di interi, facile da risolvere in una direzione, ma difficile in quella opposta. Nessun singolo utente può entrare e modificare il libro mastro, rendendolo pubblico ma anche sicuro.
Il computer quantico, a causa della sua enorme potenza computazionale potrebbe, in teoria, “rompere” la crittografia a chiave pubblica odierna, costituendo una potenziale minaccia per la sicurezza intrinseca nei principi di funzionamento della Blockchain, in particolare, e di qualsiasi sistema di crittografia a chiave pubblica, in termini più generali.

Limiti attuali dell’informatica quantistica

Prima che questa minaccia diventi realtà, vi sono ancora  alcune sfide alla diffusione dell’informatica quantistica. I quantum bit, anche noti come qubit o qbit, sono estremamente fragili. Anche il rumore ambientale potrebbe portare alla decoerenza nei sistemi di meccanica quantistica (la desincronizzazione della funzione d’onda che impedisce l’esistenza di una sovrapposizione di stati per i sistemi macrocospici) distruggendo il carattere quantico di una particella, e questo è il motivo principale per cui Q System One di IBM è isolato da polvere e rumori da una teca di vetro simile a quella utilizzata per la protezione dei reperti museali.

Inoltre, per ogni qubit utile, occorrono da 10 a 100 qubit per correggere l’errore cosa che, in sostanza ne rende difficile la scalabilità. A tal proposito, sono in corso alcune attività di ricerca per il superamento di questo limite, come il concetto di Topological Quantum Computing sviluppato da Shoucheng Zhan, Professore di Fisica alla Stanford University. L’intuizione di Zhang dovrebbe consentire di eliminare i qbit necessari a correggere l’errore, consentendo un tipo di comunicazione uno-a-uno e rendendo quindi l’applicazione del Quantum Computing decisamente più scalabile.

Soluzione, unire Blockchain e Quantum Computing

Altri ricercatori sono comunque già alla ricerca di soluzioni in grado di mantenere sicura l’applicabilità della Blockchain, unendo il meglio dei due paradigmi tecnologici. Quantum Blockchain, ad esempio utilizza la crittografia quantistica. La proposta degli ideatori, Del Rajan e Matt Visser della Victoria University di Wellington in Nuova Zelanda, idea è di creare una blockchain usando particelle quantistiche “imbrigliate” nel tempo, rendendola così più complessa e difficile da risolvere anche per computer con un’elevata potenza computazionale. Ciò consentirebbe quindi a una singola particella quantistica di codificare la storia di tutti i suoi predecessori, in modo che non possa essere violato senza che questo venga distrutto.
Ad un’era di computer quantistici è molto probabile che farà seguito l’adozione di sistemi di crittografia post-quantica. Lo dimostrano anche le ricerche della National Security Agency (NSA) negli Stati Uniti verso la definizione di un Quantum Resistant Ledger, una forma di crittografia a resistenza quantistica basata su hash molto più complessa rispetto alla crittografia a chiavi pubbliche.