จากการติดตามของ 1M AI News ในวันที่เดียวกับที่มีการเผยแพร่เอกสารไวท์เปเปอร์ด้าน Quantum AI ของ Google บริษัทสตาร์ทอัพคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับอะตอมที่เป็นกลางชื่อ Oratomic ได้เผยแพร่บทความบน arXiv โดยระบุว่าเพียงประมาณ 1 หมื่น qubit ควอนตัมแบบรีคอนฟิกได้ (reconfigurable quantum bit) ก็สามารถรันอัลกอริทึม Shor ในระดับขนาดที่เกี่ยวข้องกับงานด้านการเข้ารหัสได้ บทความนี้ป้อนวงจร Shor แบบดีทคต่ำ (low-depth) ที่ Google ปรับแต่งไว้โดยตรง และบนพื้นฐานดังกล่าวได้ปรับปรุง “เลเยอร์” อีกชั้นหนึ่งของสแต็กการคำนวณควอนตัม: การบีบอัดของ Google คือจำนวน logical qubit ที่อัลกอริทึมต้องใช้ (จากหลักพันลดลงเหลือราว 1200) ส่วน Oratomic บีบอัดจำนวน physical qubit ที่จำเป็นต่อ logical qubit หนึ่งตัว การปรับปรุงทั้งสองชั้นที่ทับซ้อนกันทำให้ขนาดฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นต่อการถอดรหัสการเข้ารหัสถูกผลักให้ลงสู่ระดับที่ต่ำกว่าที่เคยมีมาก่อน
กลวิธีสำคัญของ Oratomic คือการใช้โค้ด qLDPC อัตราโค้ดสูง (high coding rate) แทนโค้ดแบบ surface code แบบดั้งเดิม โดย surface code เป็นหนึ่งในโซลูชันแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมกระแสหลักในปัจจุบัน แผนงานของ Google ที่ใช้โซลูชันตัวนำยิ่งยวด (superconducting) ก็ใช้มันเช่นกัน แต่ประสิทธิภาพการเข้ารหัสต่ำ ทำให้ logical qubit หนึ่งตัวต้องใช้ physical qubit ประมาณ 400 ตัว รวมทั้งสิ้นประมาณ 500,000 ตัว ส่วน qLDPC code มีอัตราการเข้ารหัสราว 30% ทำให้สามารถปกป้อง logical qubit จำนวนเท่ากันด้วย physical qubit ที่น้อยกว่ามาก ส่งผลให้ความต้องการรวมลดลงจากระดับหลักล้านเหลือราว “สองลำดับชั้น” (two orders of magnitude) ได้เลย
บทความได้ให้ชุดแผนผังสถาปัตยกรรมหลายแบบ (โดยสมมติวัฏจักรการวัดตัวเสถียรภาพ (stabilizer measurement cycle) เท่ากับ 1 มิลลิวินาที):
- ประมาณ 1 หมื่น physical qubit ก็สามารถรันอัลกอริทึม Shor เพื่อถอดรหัสการเข้ารหัสแบบ elliptic curve ขนาด 256 บิต (ระบบเข้ารหัสที่ Bitcoin และ Ethereum ใช้อยู่) โดยเวลาที่ใช้ขึ้นอยู่กับระดับความขนาน (parallelism)
- เมื่อจัดสรร physical qubit ประมาณ 26,000 ตัว เวลาที่ใช้ในการถอดรหัสการเข้ารหัสแบบ elliptic curve จะอยู่ที่ราว 10 วัน
- เมื่อจัดสรร physical qubit ประมาณ 102,000 ตัว เวลาที่ใช้ในการถอดรหัส RSA-2048 จะอยู่ที่ราว 97 วัน
ต้นทุนอยู่ที่ “ความเร็ว”: ความถี่นาฬิกาของอะตอมที่เป็นกลางต่ำกว่าระบบตัวนำยิ่งยวดอย่างมาก การถอดรหัสหนึ่งครั้งจึงใช้เวลาหลายวันแทนที่จะเป็นไม่กี่นาที แต่ไม่ได้หมายความว่าความเสี่ยงจะน้อยลงไปแต่อย่างใด โซลูชันตัวนำยิ่งยวดของ Google (500,000 qubit, 9 นาที) เหมาะกับการแทรกแซง (การลักลอบ) ทรานแซกชันแบบเรียลไทม์ที่กำลังถูกออกอากาศ ส่วนแผนอะตอมที่เป็นกลางของ Oratomic (1-2.6 หมื่น qubit, หลายวัน) เหมาะสำหรับการโจมตี “วอลเล็ตแบบพัก (sleeping wallet)” ที่คีย์สาธารณะได้ถูกเปิดเผยแล้ว และการโจมตีลักษณะนี้ไม่จำเป็นต้องแย่งเวลา ไวท์เปเปอร์ของ Google ประเมินว่า Bitcoin ประมาณ 6.9 ล้านเหรียญอยู่ในกลุ่มนี้
ช่องว่างด้านฮาร์ดแวรกำลังแคบลง บทความระบุว่า การทดลองอะตอมที่เป็นกลางได้สาธิตการมีอาร์เรย์การดักจับ (physical captured arrays) ที่มากกว่า 6,100 qubit แล้ว อย่างไรก็ตาม อาร์เรย์เหล่านี้ยังไม่ได้ทำการคำนวณควอนตัม ในขณะที่ระบบอะตอมที่เป็นกลางที่มีความสามารถด้านการคำนวณแบบทนทานต่อข้อผิดพลาด (fault-tolerant computing) ในปัจจุบันมีราว 500 qubit จาก 500 ตัวไปสู่ 1 หมื่น qubit ที่บทความต้องการ ช่องว่างประมาณ 20 เท่า ซึ่งต่ำกว่าช่องว่างของเส้นทางตัวนำยิ่งยวดของ Google ที่ราว 5,000 เท่า (ปัจจุบันประมาณ 100 ตัวเทียบกับที่ต้องใช้ 500,000 ตัว) ผู้เขียนบทความมาจาก Oratomic และมีการสังกัดร่วมกับ California Institute of Technology (Caltech) สมาชิกประกอบด้วยผู้มีชื่อเสียงด้านการคำนวณควอนตัมอย่าง John Preskill และ Manuel Endres โดยผู้เขียนเพื่อการติดต่อ (communications author) คือ Dolev Bluvstein ตอนท้ายของบทความกล่าวว่า การเร่งความเร็วของฮาร์ดแวร์ในอนาคตและการปรับปรุงด้านการแก้ไขข้อผิดพลาด มีแนวโน้มจะทำให้เวลาในการรันสั้นลงอีกอย่างน้อยหนึ่งลำดับชั้น (order of magnitude) หรือแม้กระทั่งลดลงมาอยู่ระดับ “ชั่วโมง” หรือ “นาที”
