Bahnbrechende Quantenwärmekraftmaschine bringt größere Quantencomputer einen Schritt näher
- Die Aalto-Universität hat eine winzige Quantenwärmekraftmaschine entwickelt, die in der Nähe des absoluten Nullpunkts arbeitet.
- Das Gerät nutzt ein Qubit, um einen vollständigen Heiz- und Kühlzyklus durchzuführen.
- Grovers Algorithmus lässt BitcoinHashing-Funktion immer noch weit außerhalb der praktischen Angriffsmöglichkeit.
Eine Quantenwärmekraftmaschine im Mikromaßstab, die thermische Energie bei Temperaturen nahe Null in nutzbare Arbeit umwandelt, hat den Weg für die Realisierung eines effizienteren Quantencomputers geebnet.
Wissenschaftler der Aalto-Universität haben die erste Maschine entwickelt, die einen kompletten quantenmechanischen Zyklus in einem supraleitenden Schaltkreis ausführen kann. Die gesamte Maschine ist kleiner als ein Sandkorn. Als zentrales Element dient das Quantenbit, ein quantenmechanischer Informationsträger.
Akademieprofessor Mikko Möttönen leitete das Projekt, dessen Ergebnisse in Nature Communications. Die Maschine nutzt dasselbe Grundprinzip wie Motoren in Autos und Kraftwerken. Solche Maschinen erzeugen Arbeit durch den Energieaustausch zwischen warmer und kalter Umgebung.
Die von Aalto entwickelte Maschine tut dies auf einem mikroskopischen Chip, auf dem die Quantenphysik das Verhalten kleinster Energien bestimmt.
Forscher verwenden einen Kühlschrank, um das Qubit zu erhitzen und zu kühlen
Die Engine enthält ein flussabstimmbares Transmon-Qubit, das mit einem Resonator und einem Quantenschaltkreis-Kühler verbunden ist. Transmons sind in supraleitenden Quantencomputern.
Ingenieure nutzen Mikrowellensignale, um sie zu steuern, während sie Quanteninformationen speichern und verarbeiten. Hierbei ersetzte das Transmon das Gas, das normalerweise als Arbeitsmedium in einem herkömmlichen Motor dient.
Der Kühlschrank erfüllte zwei gegensätzliche Aufgaben. Herkömmliche Wärmekraftmaschinen benötigen üblicherweise separate Wärme- und Kältequellen. Das Team der Aalto-Universität veränderte die Einstellungen eines Geräts, sodass es das Qubit in einem Teil des Prozesses erwärmen und in einem anderen abkühlen konnte. Die Forscher veränderten zudem den Energiepegel des Qubits zu sorgfältig gewählten Zeitpunkten.
Diese Abfolge schloss alle vier Teile eines Quanten-Otto-Kreisprozesses ab. Benzinmotoren nutzen den herkömmlichen Otto-Kreisprozess durch die Kompression und Expansion von Kraftstoff und Luft in den Zylindern.
Die neue Maschine benötigte kein komprimiertes Gas. Ein einzelnes Qubit tauschte extrem kleine Energiemengen innerhalb eines Schaltkreises aus, der auf kryogenen Temperaturen gehalten wurde.
Studien-Erstautor Tuomas Uusnäkki erläuterte den Versuchsaufbau: „In unserem Experiment bauten wir eine nanostrukturierte Wärmekraftmaschine mit supraleitenden Schaltkreisen und betrieben sie in einem Kryostaten nahe dem absoluten Nullpunkt. Kernstück ist ein Transmon-Qubit, einer der grundlegenden Bausteine moderner Quantentechnologien.“.
Bitcoin Entwickler trac, wie Quantenalgorithmen die Netzwerksicherheit beeinflussen könnten
Quantencomputing ist auch für Bitcoinrelevant, obwohl die Sicherheitsfrage unabhängig von der Wärmekraftmaschine zu betrachten ist. Satoshi Nakamoto betrachtete classicBrute-Force-Angriffe nie als praktische Gefahr, und daran hat sich nichts geändert. Das Quantenproblem besteht aus zwei Teilen: Hashing und digitalen Signaturen.
Grovers Algorithmus kann die Suche nach möglichen Antworten beschleunigen. Bei Anwendung auf SHA-256 würde er den effektiven Schutz des Systems von 256 Bit auf etwa 128 Bit reduzieren.
Dieses Leistungsniveau liegt weit jenseits der heute verfügbaren Maschinen. Forscher sagen, ein Angreifer bräuchte Quantenhardware, die weitaus leistungsfähiger wäre als alles, was derzeit existiert.
Shors Algorithmus ist besorgniserregender, da er Signaturen anstatt Hashwerte angreift. Ein ausreichend leistungsstarker Quantencomputer könnte einen privaten Schlüssel aus einem bereits auf der von Bitcoin (BTC) verwendeten elliptischen Kurve veröffentlichten öffentlichen Schlüssel berechnen.
Etwa 7 Millionen Bitcoin, fast 35 % des Gesamtangebots, befinden sich auf Adressen mit sichtbaren öffentlichen Schlüsseln. Diese Bestände könnten gefährdet sein, sollte die dafür benötigte Hardware jemals entwickelt werden.
Die Abteilung für Quanten-KI bei Google, einem Tochterunternehmen von Alphabet Inc. (NASDAQ: GOOGL), veröffentlichte 2026 eine Studie, die die prognostizierte Anzahl der benötigten physikalischen Qubits zur Bewältigung der BitcoinKette auf etwa 500.000 senkte. Moderne Quantencomputer verfügen üblicherweise über nicht mehr als 1.000 bis 1.500 Qubits.
Forscher sehen aufgrund der Fortschritte bei der Fehlerkorrektur eine realistische Bedrohung zwischen 2029 und 2035.
Satoshi sprach 2010 mehrmals über Hash-Sicherheit, einschließlich der Möglichkeit einer partiellen SHA-256-Kollision. Sein Lösungsvorschlag blieb unverändert: Entwickler müssen zunächst die Integrität der Blockchain sicherstellen und erst dann die kompromittierte Funktion ersetzen.
Die nachfolgenden Bitcoin Updates hatten keinen Einfluss auf die im Netzwerk verwendete Hash-Funktion. Segregated Witness wurde 2017 eingeführt, Taproot hingegen 2021.
Quantenresistenz wurde etwa ab dem Jahr 2020 zu einem wichtigen Thema unter Entwicklern, da das Bewusstsein für die Algorithmen von Grover und Shor zunahm.
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Jai Hamid
Jai Hamid berichtet seit sechs Jahren über Kryptowährungen, Aktienmärkte, Technologie, die Weltwirtschaft und geopolitische Ereignisse mit Markteinfluss. Sie hat für Blockchain-Fachpublikationen wie AMB Crypto, Coin Edition und CryptoTale Marktanalysen, Berichte über große Unternehmen, Regulierungen und makroökonomische Trends verfasst. Sie absolvierte die London School of Journalism und präsentierte ihre Kryptomarkt-Analysen bereits dreimal in einem der führenden afrikanischen Fernsehsender.
