量子コンピューティング新突破：グーグルのWillowチップがブロックチェーンのセキュリティに与える潜在的影響

グーグルは最近、新世代の量子コンピューティングチップWillowを発表しました。これは量子コンピューティング分野におけるもう一つの重要なブレークスルーを示しています。Willowチップは105の量子ビットを持ち、量子誤り訂正とランダム回路サンプリングの2つのベンチマークテストで、いずれも同類最高の性能を記録しました。

特に注目すべきは、Willowがランダム回路サンプリングテストで、従来のスーパーコンピュータが10^{25}年を要する計算タスクをわずか5分で完了したことです。この数字は既知の宇宙の年齢をはるかに超えており、物理学が知られている時間尺度さえも超えています。

Willowチップの重要な突破は、エラー率を大幅に低下させたことです。量子ビットの数が増えると、計算プロセスのエラー確率は通常上昇します。しかし、Willowはエラー率を指数関数的に低下させ、重要な閾値を下回ることに成功し、大規模な実用量子コンピュータを構築するための道を開きました。

Google Quantum AIの責任者Hartmut Neven氏は、Willowが閾値未満の誤り率を持つ最初のシステムであり、これまでで最も説得力のあるスケーラブルな論理量子ビットのプロトタイプであり、大規模な実用量子コンピューティングの実現可能性を証明したと述べました。

Willowの105量子ビットの数は、現在の暗号通貨で使用されている暗号アルゴリズムを解読するにはまだ不十分ですが、大規模な実用量子コンピューティングの発展方向を示しています。これはブロックチェーンと暗号通貨の分野に新たな挑戦をもたらします。

現在、楕円曲線デジタル署名アルゴリズム(ECDSA)とSHA-256ハッシュ関数は、ビットコインなどの暗号通貨取引に広く使用されています。研究によれば、量子アルゴリズムは理論的にこれらのアルゴリズムを破ることができますが、必要な量子ビットの数は依然として非常に大きいです。

例えば、SHA-256を破るには数億の量子ビットが必要であり、ECDSAを破るには百万レベルの量子ビットが必要です。現在の量子コンピュータは実際の脅威を構成することはできませんが、技術の進歩に伴い、将来的にはこれらの暗号システムに挑戦するのに十分強力な量子コンピュータが出現する可能性があります。

ビットコイン取引には、主に二種類のウォレットアドレスが存在します: 直接ECDSA公開鍵を使用する"公開鍵に支払う"(p2pk)取引と、公開鍵のハッシュ値を使用する"公開鍵ハッシュに支払う"(p2pkh)取引です。後者の方が割合が大きいですが、取引時に公開鍵が露出します。これは、十分に強力な量子コンピュータが登場した場合、攻撃者が短時間で秘密鍵を解読し、資金を盗む可能性があることを意味します。

したがって、抗量子ブロックチェーン技術、特に既存のブロックチェーンに対する抗量子アップグレードの開発は、緊急の課題となっています。ポスト量子暗号(PQC)は、量子コンピューティング攻撃に抵抗できる新しいタイプの暗号アルゴリズムであり、将来のブロックチェーンと暗号通貨の安全を保護するための重要な技術と見なされています。

いくつかの研究機関はこの分野で進展を遂げています。例えば、ある機関はブロックチェーンの全プロセスにおけるポスト量子暗号能力の構築を完了し、複数のNIST標準のポスト量子暗号アルゴリズムをサポートする暗号ライブラリを開発し、ポスト量子TLS通信を実現しました。また、ポスト量子署名のストレージ膨張の問題に対処するために、コンセンサスプロセスを最適化し、メモリ読み取り遅延を低減することで、量子耐性ブロックチェーンの取引処理速度は元のチェーンの約50%に達することが可能になりました。

さらに、豊富な機能を持つ暗号アルゴリズムの後量子移行においてもブレークスルーがありました。一部のチームは、NIST後量子署名標準アルゴリズムDilithiumに対する分散型鍵管理プロトコルを開発しました。これは業界初の効率的な後量子分散型閾値署名プロトコルであり、性能において既存のソリューションに対して顕著な向上を示しています。

グーグルのウィローチップは既存の暗号システムに直接的な脅威を与えていないが、量子コンピューティングの未来の発展に間違いなく道筋を示している。量子コンピューティング技術の進歩に伴い、暗号通貨とブロックチェーン分野は未雨綢繆し、積極的に抗量子技術の研究を行う必要があり、量子時代が到来しても安全性と安定性を維持できるようにしなければならない。