구글 양자 오류 수정, 암호 해독까지 아직 100만 배

구글의 Quantum AI 팀은 목요일 과학지 사이언스(Science)에 게재된 논문에서 윌로 칩에서 '매직 상태'의 오류를 약 40배 줄였다고 밝혔다.

양자 코드 브레이킹이 실현 가능해지기 위해서는 이러한 상태의 정확도를 약 백만 배 높여야 한다.

윌로는 매직 상태 오류를 40배 감소

구글은 매직 스테이트 양육(magic state cultivation)이라는 이 방법으로 윌로(Willow) 프로세서에서 논리적 충실도(logical fidelity) 99.99%를 달성했다고 밝혔다.

매직 스테이트 덕분에 양자 컴퓨팅이 가능해졌다. 기본 연산은 오류 정정으로 처리되지만, 이러한 상태들은 고전 컴퓨팅을 넘어서는 복잡한 연산을 위한 연료와 같다.

구글은 이러한 상태를 생성하는 과정이 기계의 용량 최대 95%를 소모할 수 있어 실제 작업에는 거의 여지가 남지 않는다고 추정한다.

40배 절감은 함몰을 만들지만 병목 현상을 제거하지는 않으며, Google은 실용적인 적용 전에 훨씬 더 큰 규모에서 재배(증식) 과정이 입증되어야 한다고 밝혔습니다.

2024년 Craig Gidney, Noah Shutty, Cody Jones는 기존 이론적 아이디어를 채택하고 정교화하여 Google에서 이 방법을 고안했습니다. 재배(증식)는 필터처럼 작동합니다.

노이즈가 있는 상태가 칩의 제한된 영역으로 들어가면, 조율된 측정이 오류를 찾아냅니다. 실패한 시도는 버려지고 성공한 시도는 유지됩니다.

연구 과학자 Emma Rosenfeld는 여러 차례 비현실적으로 보이는 결과를 얻었습니다. 수개월 동안 조사한 끝에 팀은 온도 변화와 장비 드리프트로 인한 실험실 노이즈가 벤치마크를 왜곡했다는 사실을 최종적으로 발견했습니다.

해결책은 시스템에 더 많은 제어권을 부여하는 것이었고, 팀은 자체 벤치마킹을 위한 새로운 방법으로 재배(증식) 기법을 활용하는 아이디어도 구상했습니다.

거리-3 컬러 코드에서 거리-5 표면 코드로 정제된 상태를 이동하는 ‘ grafting(접합)’ 단계 또한 Google이 입증한 내용입니다. 이는 두 가지 오류 정렬 구조 방식입니다. 향후 머신들은 하드웨어 과대화를 피하면서도 신뢰성을 유지하기 위해这两种 오류 정정 방식을 모두 결합해야 할 수도 있습니다.

RSA-2048을 분해하려면 10십억 분의 1 수준의 오류가 필요합니다

99.99%의 충실도(fidelity)는 약 10,000회마다 한 번의 오류가 발생함을 의미합니다. RSA-2048 키를 분해하려면 약 100억 분의 1 수준의 오류를 가진 매직 상태(magic states)가 필요하며, 이는 백만 배의 차이입니다.

Craig Gidney는 2025년에 RSA-2048이 백만 개 미만의 노이즈 큐비트로 해독될 수 있다고 추정했습니다. 이 추정치에는 '배양(cultivation)'이 핵심 요소로 포함됩니다. 목요일 비트코인은 약 $82,165 근처에서 거래되었습니다.

구글 양자 AI(Google Quantum AI) 연구에 따르면 비트코인의 256비트 타원곡선 암호(ECDSA)를 깨기 위해 물리적 큐비트가 500,000개 미만이면 충분하며, 이는 기존 추정치보다 약 80% 낮은 수치입니다.

연구에 따르면 충분히 강력한 머신은 약 9분 만에 실시간 트랜잭션을 리디렉션할 수 있으며, 성공률은 41%입니다.

Coinbase와 Project Eleven의 추정에 따르면 이미 블록체인에 공개키가 기록된 지갑에는 약 700만 BTC가 보유되어 있습니다. 이는 전체 BTC 공급량의 약 3분의 1에 해당하며, 비트코인의 Taproot 업그레이드로 인해 이 규모가 더욱 확대되었습니다.

Willow는 105개의 물리적 큐비트를 보유하고 있어, 공격 수학이 요구하는 반백만 개에 훨씬 못 미칩니다.

구글의 포스트퀀텀 암호화(Post-Quantum Cryptography) 일정은 2029에 있습니다.

현재 비트코인에는 양자 안전 주소를 위한 BIP 360이라는 하나의 제안만 있을 뿐, 모든 사용자를 이전할 계획은 없습니다.