Minggu ini, Google công bố sebuah penelitian yang menjelaskan bagaimana, secara teoretis, sebuah komputer kuantum dapat menurunkan kunci privat Bitcoin dalam 9 menit, yang kemudian berdampak merembet ke Ethereum, token-token lain, bank-bank swasta, dan mungkin juga ke segala sesuatu di dunia ini.
Komputer kuantum sering disalahpahami sebagai versi komputer yang lebih cepat. Namun, itu bukanlah chip yang lebih bertenaga atau kumpulan server yang lebih besar. Itu adalah jenis mesin yang sepenuhnya berbeda, berbeda bahkan dari level atom.
Sebuah komputer kuantum dimulai dengan sebuah lingkaran logam yang sangat kecil dan sangat dingin, tempat partikel mulai berperilaku dengan cara yang tidak mereka lakukan dalam kondisi normal di Bumi—cara-cara yang mengubah apa yang selama ini kita anggap sebagai hukum fisika dasar.
Memahaminya, secara fisika, adalah batas antara hanya membaca tentang ancaman kuantum dan benar-benar memilikinya.
Bagaimana komputer dan komputer kuantum benar-benar bekerja
Komputer biasa menyimpan informasi dalam bit—setiap bit hanyalah 0 atau 1. Bit adalah sakelar yang sangat kecil. Secara fisik, itu adalah sebuah transistor pada “chip”—sebuah gerbang mikro yang memungkinkan arus listrik lewat (1) atau tidak membiarkannya lewat (0).
Semua gambar, semua transaksi Bitcoin, semua kata yang pernah Anda ketik, semuanya disimpan sebagai pola sakelar yang menyala atau mati seperti itu. Tidak ada yang misterius pada sebuah bit; ia adalah sebuah benda fisik dalam salah satu dari dua keadaan yang terdefinisi.
Setiap perhitungan sederhana hanyalah menyusun angka 0 dan 1 itu dengan sangat cepat. Sebuah chip modern dapat melakukan miliaran perhitungan semacam itu setiap detik, tetapi tetap saja ia melakukan satu per satu, secara berurutan.
Komputer kuantum menggunakan sesuatu yang disebut qubit, bukan bit. Sebuah qubit bisa berupa 0, 1, atau — dan inilah bagian yang aneh — keduanya sekaligus!
Hal ini bisa terjadi karena qubit adalah jenis benda fisik yang sepenuhnya berbeda. Bentuk yang paling umum, dan juga yang digunakan Google, adalah sebuah loop logam superkonduktor yang sangat kecil, didinginkan hingga sekitar 0,015 derajat di atas nol mutlak—lebih dingin daripada apa pun yang ada di alam, tetapi tetap berada di Bumi.
Pada suhu itu, listrik mengalir melalui loop tanpa hambatan, dan arus dianggap berada dalam sebuah keadaan kuantum.
Dalam loop superkonduktor itu, arus bisa mengalir searah jarum jam (disebut 0) atau berlawanan arah jarum jam (disebut 1). Namun, pada skala kuantum, arus tidak harus memilih satu arah dan benar-benar mengalir ke kedua arah sekaligus.
Jangan salah paham dengan bolak-balik di antara dua keadaan dengan cepat. Arus itu dapat diukur, dibuktikan secara eksperimen, dan dikonfirmasi melalui pengamatan bahwa ia berada dalam kedua keadaan secara bersamaan.
Fisika yang sangat mencengangkan
Sampai sini oke? Bagus, karena bagian berikutnya yang benar-benar aneh, karena fisika di balik cara ia bekerja sama sekali tidak intuitif sejak awal, dan juga tidak diciptakan agar intuitif.
Segala sesuatu yang berinteraksi dengan manusia dalam kehidupan sehari-hari mengikuti fisika klasik, yang mengasumsikan bahwa benda berada di suatu tempat pada suatu waktu. Tetapi partikel tidak berperilaku seperti itu pada skala yang sangat kecil.
Sebuah elektron tidak memiliki posisi yang pasti sampai Anda melihatnya. Sebuah foton tidak memiliki polarisasi yang pasti sampai Anda mengukurnya. Sebuah arus dalam loop superkonduktor tidak mengalir dengan arah yang terdefinisi sampai Anda memaksanya untuk memilih.
Alasan kita tidak mengalami ini dalam kehidupan sehari-hari adalah fenomena hilangnya superposisi kuantum. Ketika sebuah sistem kuantum berinteraksi dengan lingkungannya—molekul udara, panas, getaran, dan cahaya—keadaan superposisi akan runtuh hampir seketika.
Sebuah bola sepak tidak bisa berada di dua tempat sekaligus karena ia sedang berinteraksi dengan triliunan molekul udara, debu, suara, panas, gravitasi, dll. setiap nanodetik. Namun, jika Anda mengisolasi sebuah arus yang sangat kecil di lingkungan vakum dekat nol mutlak, menutupinya dari semua gangguan yang mungkin, maka perilaku kuantumnya bertahan cukup lama untuk melakukan perhitungan.
Itulah sebabnya komputer kuantum sangat sulit dibuat. Para ilmuwan sedang merancang lingkungan fisik di mana aturan-aturan yang biasanya mencegah fenomena ini ditahan cukup lama agar sebuah perhitungan bisa selesai.
Mesin Google beroperasi di lemari pendingin dilusi dengan ukuran seperti ruangan besar—lebih dingin daripada apa pun yang ada di alam—dan dikelilingi oleh banyak lapisan perisai untuk melindungi dari gangguan elektromagnetik, getaran, dan radiasi termal.
Dan qubit tetap sangat rapuh bahkan dalam kondisi seperti itu. Mereka terus-menerus kehilangan keadaan kuantumnya, sehingga “perbaikan kesalahan” menjadi topik yang mendominasi setiap diskusi tentang skalabilitas.
Jadi, komputer kuantum bukanlah versi yang lebih cepat dari komputer klasik. Ia memanfaatkan seperangkat aturan fisika yang berbeda—hanya berlaku pada skala yang sangat kecil, suhu yang sangat rendah, dan dalam rentang waktu yang sangat singkat.
Sekarang kalikan itu.
Dua bit biasa bisa berada dalam salah satu dari empat keadaan (00, 01, 10, 11), tetapi hanya satu keadaan pada satu waktu (karena arus hanya mengalir ke satu arah). Dua qubit dapat merepresentasikan keempat keadaan itu sekaligus, karena arus mengalir ke semua arah sekaligus.
Tiga qubit merepresentasikan delapan keadaan. Sepuluh qubit merepresentasikan 1.024 keadaan. Lima puluh qubit merepresentasikan lebih dari satu juta triliun. Angkanya berlipat dua setiap kali satu qubit ditambahkan, sehingga penskalaan bersifat sangat eksponensial.
Tips kedua disebut keterikatan kuantum. Ketika dua qubit terjerat, mengukur satu qubit langsung memberi tahu pengamat sesuatu tentang qubit lainnya, apa pun seberapa jauh jaraknya. Ini memungkinkan sebuah komputer kuantum mengoordinasikan seluruh kumpulan keadaan secara bersamaan dengan cara yang tidak bisa dilakukan oleh komputasi paralel biasa.
Dan komputer kuantum ini diatur sedemikian rupa sehingga jawaban yang salah saling meniadakan (seperti gelombang yang saling tumpang tindih lalu merata) sementara jawaban yang benar diperkuat (seperti gelombang yang saling tumpang tindih hingga saling menguatkan). Pada akhir perhitungan, jawaban yang benar memiliki probabilitas tertinggi untuk teramati.
Jadi ini bukan brute-force speed. Ini adalah cara menghitung yang benar-benar berbeda—cara yang memungkinkan alam mengeksplorasi ruang kemungkinan yang tumbuh secara eksponensial, lalu “runtuh” menjadi jawaban yang benar melalui fisika, bukan melalui logika.
Ancaman besar terhadap kriptografi
Fisika yang sangat mencengangkan itulah yang membuatnya menakutkan bagi enkripsi.
Matematika yang melindungi Bitcoin didasarkan pada asumsi bahwa memeriksa semua kunci bisa memakan waktu lebih lama daripada usia alam semesta.
Namun komputer kuantum tidak memeriksa setiap kunci satu per satu. Ia mengeksplorasi semuanya sekaligus dan menggunakan interferensi untuk membuat jawaban yang benar menjadi nyata.
Di sinilah kaitannya dengan Bitcoin. Ke satu arah, dari kunci privat ke kunci publik, hanya perlu beberapa milidetik. Ke arah sebaliknya, dari kunci publik kembali ke kunci privat, sebuah komputer klasik akan memakan waktu satu juta tahun, atau bahkan lebih lama daripada usia alam semesta. Ketimpangan asimetris itulah yang membuktikan bahwa seseorang memegang koin-koin mereka.
Sebuah komputer kuantum yang menjalankan algoritma bernama Shor dapat menembus “penghalang” itu. Riset Google minggu ini menunjukkan bahwa ia bisa melakukannya dengan jauh lebih sedikit sumber daya dibanding perkiraan sebelumnya semua orang, dan dalam jangka waktu yang bersaing langsung dengan waktu konfirmasi blok Bitcoin.
Inilah sebabnya mengapa ancaman dari komputer kuantum yang merusak enkripsi blockchain membuat semua orang benar-benar khawatir.
Bagaimana persisnya serangan seperti itu terjadi langkah demi langkah, perubahan spesifik apa yang dilakukan riset Google, dan apa artinya bagi 6,9 juta bitcoin yang telah terekspos, akan menjadi topik bagian berikutnya dalam rangkaian artikel ini.
