Knacken Quantencomputer bald Bitcoin ECDSA-Verschlüsselung?

Das Startup Universal Quantum hat jetzt ermittelt, wie viele Qubits an Rechenkapazität nötig wären, um die Verschlüsselungsverfahren hinter Bitcoin und RSA auszuhebeln. Das Ergebnis: zum Aushebeln einer Bitcoin-Verschlüsselung müsste ein Quantencomputer mit 13 Millionen physischen Qubits zum Einsatz kommen. Um das Ergebnis innerhalb von einer Stunde zu erzielen, wären 300 Millionen Qubits nötig – aktuell möglich sind 127 Qubits.

Für die Untersuchung wurden die Rechenlaufzeiten für verschiedene Prozesse je nach Anzahl der Qubits und weiteren Hardware-Spezifikationen berechnet. Aktuell sind für Verschlüsselungsverfahren wie das weit verbreitete RSA oder das in Bitcoins eingesetzte ECDSA selbst die leistungsstärksten traditionellen Supercomputer keine Bedrohung. Die besondere Rechenarchitektur von Quantencomputern ist jedoch theoretisch in der Lage, mit genügend Rechenleistung eben jene Verschlüsselungsverfahren auszuhebeln.

Zwar sind wir mit derzeit aktiven Quantencomputern, die mit 50-100 Qubits rechnen, noch weit von dieser Rechenkapazität entfernt. Aber Ionenfallen-Quantencomputer skalieren sehr schnell in ihrer Rechenleistung und Effizienz. Ein Durchbruch dieser Art ist in den nächsten zehn Jahren also durchaus möglich.“

Mark Webber, Quantum-Architekt bei Universal Quantum

Das es beim Quantencomputing vorangeht, zeige ein weiteres Beispiel: So habe man noch vor vier Jahren geschätzt, dass ein Quantencomputer zum Aushebeln der RSA-Verschlüsselung etwa eine Milliarde physische Qubits benötigen würde. Das entspreche in etwa einem 100 Quadratmeter großen Rechner. Mittlerweile aber sei für eine solche Aufgabe ein 2,5-Quadratmeter-Rechner denkbar.

„Quantum Advantage“ – der Weg zu einem neuen Rechenzeitalter

Als „Quantum Advantage“ bezeichnet die Quantum-Community den Zustand, in dem ein Quantencomputer in einem angemessenen Zeitrahmen industrierelevante Rechenprobleme lösen kann, die für einen klassischen Supercomputer praktisch unmöglich wären. Durchbrüche in der Anwendung von Quantum Computing auf Gebieten wie Kryptographie oder Molekülsimulation zeigen, dass die Quantum Advantage nicht nur Zukunftsmusik ist, sondern in der absehbaren Zeit schon Realität werden könnte.

Die technologischen Ansätze, um dort hin zu kommen, sind dabei sehr unterschiedlich. Universal Quantum setze beispielsweise auf Ionenfallen, die verglichen mit anderen Architekturen keine Kühlung auf fast 0 Kelvin (-273 °C) erfordern und sich daher gut additiv skalieren lassen würden.

Forscher in Brighton und Hamburg und die Probleme unserer Zeit

Mit dem Quantum Lab der University of Sussex steht eine namhafte Institution in der Quantenforschung hinter der Entwicklung der skalierbaren Quantencomputer. Professor Winfried Hensinger und CEO Dr. Sebastian Weidt gründeten dort 2018 Universal Quantum als Spin-Out. In diesem Jahr soll in Hamburg ein weiterer Standort des Unternehmens eröffnen.

Hensinger kommentiert, dass einer der Schwerpunkte in der Aufgabe liege, die benötigte Größe und Rechendauer von Quantencomputern in einem praktischen Rahmen für reale Use-Cases zu halten, und gleichzeitig die Rechenleistung für die großen Herausforderungen zu liefern, die es zu lösen gelte.

Molekülsimulation beispielsweise finde Anwendung in der Energieeffizienz, in Batterien, Katalysatoren und in der Entwicklung neuer Arzneimittel. Andere Einsatzgebiete seien mannigfaltig – Finanzen, Datenanalyse, Fluiddynamik in der Luftfahrt, logistische Optimierung und eben auch Kryptographie. Die gute Nachricht: die jüngsten Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass hierfür kein Rechner in der Größe mehrerer Fußballfelder nötig sei, um der Quantum Advantage einen Schritt näher zu kommen.

Zur Methodik der Studie

Die zugrundeliegende Forschung wurde durchgeführt von Wissenschaftlern von Universal Quantum, der University of Sussex und Entwicklern von Quantenalgorithmen und Quantensoftware bei Qu&Co. Zur Forschung gehörte die Entwicklung eines Tools, das die benötigte Größe eines Quantencomputers berechnet, um bestimmte Probleme auf Grundlage von Algorithmenlänge, gewünschter Laufzeit und weiteren Hardware-Eigenschaften zu lösen. Veröffentlicht wurde das Paper als Editor’s Choice in AVS Quantum Science vom American Institute of Physics.

Die Forschungsergebnisse können Sie hier kostenfrei einsehen.ft