Quantum computer: tra realtà e teoria, come può cambiare il settore crypto? Immaginiamo un computer capace di risolvere problemi complessi, ben al di là delle capacità dei computer attuali. Questa è in sostanza l’essenza del computer quantistico, una macchina che fa propria la teoria quantistica per tramutarla in un costrutto computazionale di parecchi ordini di grandezza più potente e rapido rispetto ai sistemi classici.
Mentre i computer che conosciamo usano bit che valgono 0 oppure 1, e che traducono tale dicotomia in informazione, quelli quantistici sfruttano i cosiddetti “qubit”, ossia unità che includono una terza morfologia di stato, appunto derivata dall’apparente paradosso che nel mondo della fisica quantistica è invece una condizione normale: la compresenza di vero e falso, acceso e spento, e via discorrendo.
Un qubit può essere infatti 0, 1, o entrambi contemporaneamente, grazie al principio di sovrapposizione quantistica che a livello subatomico è condizione realizzabile e misurabile. Questa capacità permette al computer quantistico di esplorare un numero enorme di possibilità contemporaneamente.
In questo articolo non andremo, come ovvio, a sviscerare la componente strettamente scientifica di questo filone di ricerca, ma vedremo quali sono le conquiste già raggiunte in questo campo, gli orizzonti più o meno lontani in termini di innovazione tecnologica, nonché i rapporti tra mondo computazionale quantistico, crittografica e criptovalute.
Quantum computer: la storia dall’inizio
Le basi teoriche del calcolo quantistico sono state gettate all’inizio del XX secolo da fisici come Max Planck, Albert Einstein e Niels Bohr. Questi scienziati hanno sviluppato appunto la meccanica quantistica, che descrive il comportamento della materia a livello atomico e subatomico.
Negli anni Ottanta i fisici Richard Feynman e David Deutsch hanno iniziato a esplorare l’idea di utilizzare i principi della meccanica quantistica per costruire super-computer, che sfruttassero proprietà di particolari leghe e materie prime in grado di porgere una concreta applicabilità dei dettami fisico-quantistici al processo computazionale automatizzato: intuizione certamente più teorica che pratica, ma in grado di dare vita a una serie di ricerche accademiche piuttosto interessanti.
Un decennio dopo sono stati sviluppati i primi algoritmi quantistici, come l’algoritmo di Shor per la fattorizzazione di numeri interi e l’algoritmo di Grover per la ricerca in database non ordinati. Questi algoritmi hanno dimostrato il potenziale dei computer quantistici.
Ma le grandi innovazioni e i primi prototipi utilizzabili risalgono agli anni Duemila, e seguono un percorso di ricerca estremamente fitto e corposo, alimentato soprattutto dalla consapevolezza che la realizzazione di computer quantistici “concreti” in grado di riprodurre, mutatis mutandis, il passaggio dai giganteschi mainframe degli anni Sessanta agli attuali portatili, sarebbe stata una delle conquiste in assoluto più rivoluzionarie di sempre.
Per lungo tempo il computer quantistico è stato una fantasia, tuttavia suffragata da considerazioni assolutamente scientifiche, semplicemente in attesa di una tecnologia tale da sfruttare in senso computazionale e concreto il dato di fatto sia scientifico che sperimentale.
In questo senso, visti i risultati di cui daremo cenno in seguito, pare che la realizzazione di tale sogno non sia poi così lontana.
Quantum computer e crypto: armi a doppio taglio
Il mondo delle criptovalute, basato su complesse operazioni matematiche per garantire sicurezza e anonimato, potrebbe essere influenzato profondamente dai computer quantistici? La risposta è assolutamente affermativa, almeno sul piano teorico e prospettico.
Una faccia della medaglia è certamente rappresentato dall’affiorare di nuove potenziali minacce. Anche solo per il nome che portano, le criptovalute usano algoritmi di crittografia per proteggere le transazioni. Un computer quantistico sufficientemente potente potrebbe a rigore decifrare questi codici attraverso prove interne così rapide da ridurre a pochi secondi ciò che un sistema binario avrebbe risolto in decenni o secoli.
Di contro, la medesima medeglia ha anche una faccia positiva e ottimistica, che già alcuni “nomi illustri” delle crypto stanno sbandierando: la tecnologia quantistica potrebbe essere usata infatti per sviluppare nuove forme di crittografia, esponenzialmente più resistenti e sicure, con speculare rafforzamento della protezione delle criptovalute in altrettanto nuovi protocolli.
Cosa potrebbe fare un hacker con un quantum computer a disposizione? Premesso che ad oggi non esiste alcun hacker in grado di possedere un computer quantistico, e che con tutta probabilità un eventuale aggregato hardware (chiamiamolo così per comodità, visto che neppure dal punto di vista visivo potrebbe somigliare a un comune computer) avente tali caratteristiche sarebbe così costoso da rendere qualsivoglia appropriazione da parte di un hacker praticamente impossibile, rimane certamente aperta la domanda che ci siamo posti, soprattutto se al posto della parola “hacker” ne sostituiamo altre: per esempio, una superpotenza desiderosa di acquisire potere a livello planetario.
Le potenziali implicazioni del quantum computing per le criptovalute risiedono come detto nella sua capacità di risolvere problemi matematici complessi a una velocità attualmente ineguagliabile dai computer classici. Ciò potrebbe potenzialmente influire sulla distribuzione del potere nel processo di verifica delle transazioni per le criptovalute, che si basa sulla risoluzione di tali problemi. Ad esempio, algoritmi quantistici come quello di Grover potrebbero teoricamente risolvere questi problemi molto più velocemente dei computer classici, alterando potenzialmente la “distribuzione del potere” di mining e potenzialmente influenzando la natura decentralizzata di alcune criptovalute come lo stesso Bitcoin.
Non stupisce dunque il fatto che nazioni come gli Stati Uniti e la Cina stiano da tempo investendo ingenti risorse nella ricerca di tale implementazione. Possedere la chiave di questa potenza di calcolo in un futuro certamente lontano, ma non troppo lontano, potrebbe voler dire governare da leader numerosi processi computazionali aventi a che fare con l’economia e l’informazione globale.
Inoltre, i computer quantistici potrebbero potenzialmente violare gli standard di crittografia che proteggono le criptovalute. Ad esempio, potrebbero decrittare la chiave privata da una chiave pubblica, consentendo a malintenzionati di controllare e, in definitiva, accedere alle criptovalute di altri. Questa potenziale capacità di violare la crittografia e interrompere la sicurezza è ciò che rende il quantum computing una potenziale minaccia per le criptovalute, ovvero per il concetto stesso di sicurezza intrinsecamente legato alla decentralizzazione. Vedremo più avanti la reale portata di questa minaccia, e i modi che già sono al vaglio per difendersi.
Quantum computer: lo stato dell’arte
Nonostante le potenziali implicazioni, è importante notare che il quantum computing è ancora nelle prime fasi di sviluppo. I computer quantistici odierni sono pesantemente suscettibili a interferenze ambientali come il campo magnetico terrestre, le radiazioni locali e persino i raggi cosmici, che rendono i calcoli eseguiti dagli attuali computer quantistici soggetti ancora a errori.
A causa di queste sfide tecniche e operative, i computer quantistici sono attualmente accessibili a un numero limitato di aziende e ricercatori. Potrebbero volerci quindi almeno un decennio o più prima che i computer quantistici abbiano un impatto sugli attuali protocolli crittografici.
Sebbene le potenziali implicazioni del quantum computing per le criptovalute siano reali, è anche importante notare che il settore continua a evolversi. Sviluppatori e imprenditori stanno esplorando nuovi algoritmi crittografici e innovazioni per contrastare la potenziale minaccia rappresentata dal quantum computing. Inoltre, lo sviluppo di criptovalute “resistenti” al quantum è anche una possibilità da tenere presente, visto che già oggi sono in corso importanti ricerche in materia.
Quali sono le crypto a prova di quantum?
La domanda suona più che altro come provocazione, almeno per due motivi: il primo è che ad oggi non esiste alcuna vera e propria minaccia quantistica; il secondo è che, specularmente, nessuna crypto potrebbe dirsi oggi al riparo dall’azione di un “teorico” computer quantistico sguinzagliato per svuotare un wallet attraverso procedure di computazione del genere.
Tuttavia, ci sono diversi progetti e approcci essenzialmente crittografici che mirano a sviluppare criptovalute resistenti agli attacchi dei computer quantistici, ovvero dotate di meccanismi aggiuntivi di protezione che tengano conto della “marcia in più” di tale tecnologia.
I percorsi di ricerca lungo questo campo hanno individuato alcune linee guida accademicamente piuttosto interessanti, rappresentate da altrettanti filoni. Per citarne alcuni: Lattice-based cryptography (si basa su problemi matematici difficili da risolvere anche per i computer quantistici); code-based cryptography (utilizza codici matematici complessi per tutelare le informazioni attraverso strati ulteriori di protezione); Multivariate cryptography (si basa sulla difficoltà di risolvere sistemi di equazioni polinomiali).
Solo per citare una coin certamente più conosciuta, c’è da dire che gli sviluppatori di Solana hanno creato un caveau resistente ai quanti sulla blockchain di Solana per proteggere i fondi degli utenti dalle potenziali minacce di tal genere. La soluzione “Solana Winternitz Vault” raggiunge questo obiettivo implementando un complesso sistema di firma basato su hash che genera nuove chiavi ogni volta che viene effettuata una transazione. La generazione di nuove chiavi private per ogni transazione dovrebbe rendere più difficile per i computer quantistici pianificare un attacco coordinato a un determinato insieme di chiavi pubbliche, che vengono esposte ogni volta che una transazione viene firmata.
Esempi ulteriori di criptovalute con focus sulla resistenza quantistica sono: QANplatform: una piattaforma blockchain che utilizza un approccio ibrido, combinando algoritmi crittografici classici e post-quantistici; Iron Fish e Quantum Resistant Ledger (QRL): focalizzate queste ultime sulla privacy e sulla sicurezza, attraverso algoritmi resistenti.
Degna di nota è comunque anche la situazione del ben più noto Bitcoin, che, stando a svariate dichiarazioni rese da suoi noti studiosi ed esperti, avrebbe comunque “in tasca” il pronto aggiornamento in grado di rendere il suo protocollo resiliente rispetto ad attacchi di questo tipo. Dettaglio che certamente approfondiremo…
Conclusioni
Il quantum computing è una realtà, non una teoria fantascientifica, anche se è ancora in fase di sviluppo. Negli ultimi anni, sono stati fatti progressi significativi nella costruzione di computer quantistici. Diverse aziende e istituti di ricerca hanno sviluppato prototipi di computer quantistici in grado di eseguire calcoli.
Tuttavia, la tecnologia del quantum computing è oggettivamente ancora in fase iniziale. I computer quantistici attuali sono soggetti a errori, e hanno una capacità di calcolo limitata sul piano pratico. Ci sono ancora molte sfide tecniche da superare prima che i computer quantistici possano essere utilizzati per risolvere problemi complessi in modo affidabile.
Nonostante queste sfide, il quantum computing è una delle aree di ricerca più promettenti nel campo dell’informatica. Si prevede che i computer quantistici avranno un impatto significativo su diversi settori, tra cui la medicina, la scienza dei materiali, la finanza e l’intelligenza artificiale. Sulla base di questo è evidente anche la ricaduta nel campo crypto, che già vanta numerose applicazioni direttamente connesse a questi ambiti.
In conclusione, il quantum computing è una realtà che intercetta un fortissimo legame tra scienza, ricerca e tecnologia, con un grande potenziale per il futuro. Anche se ci vorranno ancora anni prima che i computer quantistici diventino una tecnologia di uso comune, è importante continuare a tenere d’occhio questa tecnologia rivoluzionaria, soprattutto per configurare da subito i possibili scenari globali che essa andrà a definire su scala mondiale.
Filippo Albertin
