Bitcoinia tai muita kryptovaluuttoja käytetään nykyisin joka kymmenennessä eurooppalaisessa kotitaloudessa. Kiina on jo julkaissut valuuttansa yuanin digiversion, ja Euroopan ja Yhdysvaltain keskuspankit kehittävät parhaillaan digitaalista euroa ja dollaria.
Digirahaan liittyy kuitenkin pahoja heikkouksia. Ensinnäkin asiantuntijat kyseenalaistavat sen turvallisuuden. Toisekseen uudet valuutat uhkaavat ilmastoa, sillä jo pelkästään bitcoineihin kuluu vuodessa yhtä paljon sähköä kuin 17,4 miljoonalta hollantilaiselta.
Onneksi ratkaisuja on löytymässä: uusi turvallinen ja ympäristöystävällinen rahajärjestelmä, joka perustuu tervettä järkeä uhmaaviin kvanttifysiikan lakeihin.
Kvanttifysiikassa on tulevaisuus
Bitcoin ja moni muu digi- tai kryptovaluutta perustuu niin kutsuttuun lohkoketjuteknologiaan. Lohkoketju on pitkä ja jatkuvasti kasvava ketju, joka koostuu rahansiirtotietoja sisältävistä digitaalisista lohkoista.
Tavalliset pankit säilyttävät rahansiirtoja koskevia tietoja melko vähälukuisissa datakeskuksissa, mutta lohkoketjurahansiirrot hajautetaan jopa 50 000 tietokoneelle. Näin laajamittainen kopiointi tekee järjestelmään tunkeutumisen ja bitcoinien varastamisen käytännössä mahdottomaksi.
Todellisuudessa digitaalista rahaa on onnistuttu varastamaan kerran jos toisenkin, ja esimerkiksi Coincheck-valuuttapörssistä vohkittiin vuonna 2018 digitaalisia kolikoita noin puolen miljardin euron arvosta.
Ratkaisu digivaluuttojen ongelmiin saattaa hyvinkin piillä kvanttitietokoneessa.
Lohkoketjujen suurin ongelma on silti virrankulutus. Uusien kolikoiden tuottaminen edellyttää sitä, että tietokone ratkaisee koko joukon kryptografisia pulmia, ja siihen tarvitaan sähköä nielevää laskentatehoa.
Ratkaisu digivaluutan ongelmiin saattaa hyvinkin piillä niin kutsutuissa kvanttitietokoneissa, jotka alkavat pikku hiljaa tulla todeksi. Kvanttitietokoneet voivat nimittäin suorittaa laskutoimituksia huomattavasti tavanomaisia tietokoneita nopeammin mutta ehkä vain sadas- tai tuhannesosalla niiden virrankulutuksesta. Näin toiminnan CO2-päästöt suorastaan romahtaisivat.
Googlen Sycamore-kvanttisiru ratkaisi vuonna 2019 vain 200 sekunnissa laskutehtävän, jonka selvittämiseen olisi Googlen mukaan kulunut perinteiseltä supertietokoneelta 10 000 vuotta.
Tavallisen tietokoneen toiminta perustuu niin kutsuttuihin bitteihin, jotka voivat olla joko päällä tai pois päältä – niiden arvo voi siis olla joko 1 tai 0.
Kvanttitietokone taas hyödyntää yhtä kvanttifysiikan järjenvastaiselta tuntuvista erikoisuuksista, jonka mukaan hiukkaset voivat olla useammassa tilassa samanaikaisesti. Siksi kvanttibitti voi olla samaan aikaan sekä 1 että 0, ja tämä ominaisuus nostaa laskentanopeutta merkittävästi.
Hyvänä päivänä kiinalainen Zuchongzhi-kvanttitietokone pystyy ratkomaan kryptografisia pulmia 10 000 miljardia kertaa niin nopeasti kuin maailman paras perinteinen supertietokone.
Vuosikymmenen tai parin sisällä kvanttitietokoneista tullee niin tehokkaita, että ne voivat murtaa esimerkiksi kaikki bitcoin-järjestelmän turvamuurit, mutta samalla ne avaavat oven täysin uudenlaisen digivaluutan kehittämiselle.
Fysiikka huijaa rahanväärentäjiä
Fyysikko Stephen Wiesner kehitti jo vuonna 1969 uudenlaisen rahakonseptin, joka perustui kvanttifysiikan omituisuuksiin.
Wiesnerin kvanttirahan vesileiman olisi määrä muodostua tuntemattomassa kvanttitilassa olevista hiukkasista. Kvanttifysiikan lakien mukaan kyseinen tila tuhoutuisi, jos esimerkiksi hiukkasen pyörimissuuntaa tai muita ominaisuuksia yritettäisiin mitata – samaan tapaan kuin jos yrittäisi nostaa kuvajaisen vedestä käsiinsä.
Siksi rahanväärentäjä ei pystyisi mitenkään kopioimaan rahoja.
Aikajana: Rahan historialliset kehitysaskeleet
10000 eaa.
Ensimmäiset järjestelmät, joissa ihmiset vaihtoivat tavaraa keskenään, kehittyivät varhaisissa maatalousyhteisöissä ainakin 12 000 vuotta sitten.
640 eaa.
Vanhimmat tietoon tulleet rahat on löydetty Länsi-Turkista, ja ne ovat vuoden 640 eaa. tienoilla lyötyjä kolikoita.
1950
Ensimmäiset luottokortit otettiin käyttöön. 20 vuotta myöhemmin niihin tuli magneettiraita, jota hyödynnettiin ensimmäisissä maksupäätteissä.
1980
Maailman ensimmäinen nettipankki avattiin vuonna 1980 Yhdysvalloissa. Ne kuitenkin levisivät todella laajaan käyttöön vasta 1990-luvulla.
2009
Digitaaliraha tai kryptoraha alkoi nostella päätään, kun bitcoin lanseerattiin vuonna 2009. Nyt digitaalisia valuuttoja on jo tuhansittain.
Jos kvantin tilan sen sijaan tietää etukäteen, sitä voi mitata tuhoamatta, ja Wiesnerin ajatuksissa keskuspankki tietäisi kvantin tilan. Kyseinen pankki olisi ainoa taho, joka voisi tietää, onko raha aitoa vai ei.
Pulma on kuitenkin siinä, että keskuspankkikin on altis hyökkäyksille, ja siksi tutkijat toivoivatkin hajautettua järjestelmää. Sellaisen luominen on kuitenkin ollut oletettua hankalampaa, mutta uusi kvanttiratkaisu voisi viedä lähemmäs tavoitetta.
Rahat suojassa hilan kätköissä
Yhdysvaltalaisen MIT-yliopiston professori ja kvanttitietokoneiden asiantuntija Peter Shor kollegoineen kehitti vuonna 2022 uudenlaisen kvanttirahan.
He halusivat kehittää rahan, jonka aitouden voi tarkistaa kuka hyvänsä mutta joka on samalla mahdoton väärentää.
Sen sijaan että avain rahojen salaiseen kvanttitilaan tallennettaisiin keskuspankkiin, Shor haluaa varmistaa sen julkisesti saatavilla olevalla koodilla, jota edes kvanttitietokone ei pysty murtamaan.
Kvanttirahan murtumaton koodi
1. Vesileima koodin takana
Kvanttirahan vesileima koostuu salaisesta kvanttitilasta, jonka ominaisuudet on salattu moniulotteisen hilan muodostaman koodin taakse. Koodin voi murtaa vain löytämällä lyhimmän reitin kahden hilapisteen välillä (keltainen nuoli).
2. Murtumaton koodi
Jotta kvanttirahan voisi väärentää, pitäisi pystyä joko mittaamaan sen kvanttitila tai murtamaan sen koodi. Mittausyritys kuitenkin tuhoaa kvanttitilan eikä kvanttitietokonekaan pysty murtamaan koodia (punaiset nuolet: väärät ratkaisut).
3. Kvanttitietokone tarkistaa aitouden
Kvanttitietokone voi kyllä laskea koodin ratkaisulle likiarvon, joka on kyllin lähellä oikeaa (iso keltainen nuoli). Likiarvoa verrataan tiettyihin rahan kvanttitilan ominaisuuksiin, ja jos vastaavuus todetaan riittäväksi, raha on aitoa.
Koodi koostuu moniulotteisesta hilasta, ja sen voi murtaa vain löytämällä lyhimmän reitin kahden hilapisteen välillä. Laskutehtävä on liki mahdoton ratkaistavaksi, ja siksi rahoja ei voi kopioida.
Kvanttitietokone pystyy kuitenkin laskemaan parhaan arvauksensa, joka on niin lähellä oikeaa, että rahan aitous voidaan varmentaa.
Muut tutkijat ovat nostaneet esiin virheitä Shorin konseptista, ja jotkut ovat jopa sitä mieltä, että siitä ei ikipäivänä tule toimivaa. Kävi miten kävi, niin kaikki uudet konseptit vievät tutkijoita lähemmäs käyttökelpoista ratkaisua.
Teknologiajätit vesi kielellä
Kun Peter Shor jatkaa puurtamista kvanttirahansa parissa, muut tutkijat kehittelevät kvanttitietokoneita, joita ilman paraskin kvanttiraha on käyttökelvotonta.
Esimerkiksi teknologiajätit IBM, Google ja Amazon ja kansainväliset pankit, kuten HSBC ja Barclays, investoivat kvanttitietokoneisiin jo toista miljardia euroa vuodessa.
Yksi kvanttitietokoneen ehdottomimmista toimintaedellytyksistä on se, että ne voidaan jäähdyttää absoluuttiseen nollapisteeseen eli 273,15 pakkasasteeseen ja suojata kaikilta ulkopuolisilta häiriöiltä. Nykyisin ne ovat vielä aivan liian epävakaita, jotta niiden käsiin voitaisiin uskoa rahoja.
Siksi kestääkin vielä vuosia, ennen kuin kvanttitietokoneet ovat kyllin luotettavia tuottamaan täytettä sinunkin kvanttilompakkoosi.
Kun niin jonain päivänä käy, käsissämme saattaa kuitenkin olla kaikkien aikojen halvin, turvallisin ja vihrein rahajärjestelmä.