В работе «Реализация алгоритма Шора на кошачьих кубитах» исследователи оценили ресурсы, необходимые для взлома следующих криптосистем с использованием отказоустойчивого оборудования на основе сверхпроводящих кубитов.

Большинство оценок необходимых ресурсов сводятся к подсчету логических кубитов, требуемых для работы алгоритма, с последующим умножением этого числа на средний показатель количества физических кубитов, приходящихся на один логический кубит. В новой работе предложен более детальный подход: для тех фрагментов алгоритма, которые потребляют наибольший объем ресурсов, точно определяется, какую именно операцию и в какой момент времени выполняет каждый физический кубит, — в результате формируются полные схемы размещения компонентов на чипе и графики их работы.

Полученные результаты основаны на трех факторах: «кошачьих кубитах», кодах LDPC-cat и усовершенствованного сумматора, сказано в пресс-релизе компании.

«Кошачьи кубиты» (cat qubits), разработка компании Alice & Bob, подавляют определенные ошибки на аппаратном уровне, существенно сокращая количество физических кубитов, необходимых для создания одного логического кубита. Коды LDPC-cat позволяют более чем вдвое уменьшить требуемое число кубитов — с 49 649 до 22 593 — для реализации алгоритма RSA-2048. Принципиально новый сумматор для «кошачьих кубитов» работает с постоянной скоростью и не требует пауз для проведения коррекции ошибок.

Итого, авторы утверждают, что для взлома шифра RSA-2048 потребуется 22 593 физических кубита и 3,14 дня. Это в 40 раз меньше физических кубитов, чем по оценкам Крейга Гидни, эксперта из Google Quantum AI. Шифр ECDLP-256 взломают 29 588 физических кубита за 61,8 минуты.

RSA — одна из наиболее широко используемых в мире систем с открытым ключом; она обеспечивает безопасность значительной части интернет-ресурсов — от онлайн-банкинга до электронной почты и цифровых подписей. ECDLP-256 — задача дискретного логарифмирования, к которой относятся, в частности, алгоритм ECDSA, обеспечивающий безопасность таких блокчейнов, как Bitcoin и Ethereum, а также протокол ECDH, используемый для установления зашифрованных соединений в сети.

Недавно компания IonQ представила первую полную инженерную схему взлома 256-битной эллиптической кривой (secp256k1), используемой в биткоине, с помощью квантового компьютера. Согласно оценке, у устойчивой к ошибкам машины такой взлом занял бы около 25,7 дней и потребовал бы примерно 19 397 физических кубитов.