Microsoft et Atom Computing, une entreprise technologique basée en Californie, ont récemment annoncé une avancée majeure dans le domaine de l'informatique quantique, qui pourrait transformer le mécanisme de preuve de travail (proof-of-work) dans le minage blockchain.

Des scientifiques et ingénieurs des deux entreprises ont développé un système informatique quantique composé de 24 qubits logiques intriqués, produits à partir de seulement 80 qubits physiques. Cette réalisation établit un nouveau record pour le plus grand nombre de qubits logiques intriqués obtenus grâce à des techniques de correction d’erreurs.

L'importance de cette percée scientifique réside dans l'efficacité atteinte par les équipes. Des estimations antérieures indiquaient qu’il pourrait falloir des milliers de qubits physiques fonctionnant ensemble pour produire un seul qubit logique.

En intriquant 24 qubits logiques avec seulement 80 qubits physiques, la perspective de l’évolutivité de ces systèmes, tant en termes de taille que de calendrier pour des entreprises comme Microsoft et Atom Computing, a considérablement changé.

Proof-of-work

Les analystes avertissent depuis longtemps que les ordinateurs quantiques pourraient un jour offrir un avantage, ou une accélération quantique, pour contourner certaines mesures classiques de sécurité des données.

L’une de ces mesures, le chiffrement SHA-256, constitue le puzzle que les mineurs sur certaines blockchains, comme celle de Bitcoin, doivent résoudre pour démontrer une preuve de travail (proof-of-work, PoW).

Les mineurs de blockchain les plus avancés technologiquement, tels que ceux utilisés par les plus grandes installations de minage de Bitcoin, rivalisent pour trouver un hachage correspondant à l’en-tête d’un bloc. Pour résoudre ce puzzle, ils doivent essentiellement deviner le hachage qui respecte un seuil défini par la difficulté du réseau.

Cette difficulté est ajustée tous les 2 016 blocs afin de garantir qu’un nouveau bloc est ajouté à la blockchain environ toutes les 10 minutes. Résultat : il devient de plus en plus difficile pour les mineurs classiques de résoudre ce puzzle.

L'algorithme de Grover

Une méthode théorique de traitement des données, appelée Grover’s Algorithm, pourrait être l'ultime menace pour le minage blockchain classique.

L’algorithme de Grover, qui offre une accélération quadratique par rapport aux recherches classiques par force brute, a été prouvé dans des expériences à petite échelle. Cependant, son application à des problèmes à grande échelle, comme le craquage de SHA-256, reste théorique en raison du manque de matériel quantique capable de le faire fonctionner à cette échelle.

En ce qui concerne SHA-256, l’algorithme de Grover nécessiterait un ordinateur quantique doté de centaines, voire de milliers, de qubits logiques corrigés d’erreurs pour fonctionner efficacement et craquer les algorithmes classiques de chiffrement.

Accélération quantique

Une extrapolation mathématique montre que l’algorithme de Grover pourrait réduire la complexité de SHA-256 à environ la moitié de l’effort classique. Cependant, les avantages contre-intuitifs de la mécanique quantique — via la superposition et l’interférence — pourraient offrir un potentiel d’accélération encore plus grand. À terme, une analyse coûts-avantages pourrait inciter à investir dans des systèmes quantiques plutôt que dans des équipements classiques de minage.

Selon cette extrapolation, des équipements de minage quantique dotés d’environ 3 000 qubits logiques, construits sur des architectures comme celle récemment dévoilée par Microsoft et Atom Computing, pourraient théoriquement surpasser les pools de minage classiques pour remporter des blocs à grande échelle.

Malgré les progrès récents, il reste difficile de prédire quand de tels systèmes seront réalisables. Les analystes estiment généralement un délai de 10 à 50 ans pour que l’informatique quantique corrigée d’erreurs dépasse ses limitations actuelles. Cependant, ces prévisions sont loin d’être précises, et il n’existe pas de consensus scientifique sur les prochaines étapes.

Cependant, les recherches récemment publiées par Microsoft et Atom Computing pourraient accélérer considérablement ce processus.

Selon le site web d'Atom Computing, par exemple, les deux entreprises ont l'intention de commercialiser un ordinateur quantique de 1 000 qubits en 2025.