最強之矛量子計算機能夠戳穿最強之盾加密貨幣嗎？

破解加密貨幣需要數百萬個量子比特。

在過去十年中，計算編程穩步發展并進入量子領域，產生了令人費解的設備，這些設備有望實現不可思議的計算效率。

例如，在2020年，中國科學家利用一臺量子計算機來運行一個數學問題，而這個問題需要一臺典型的超級計算機25億年才能解決，而使用量子機卻在200秒內解決了這個問題。

量子計算改變我們與自然互動的方式，它可以通過快速篩選分子結構來超快速跟蹤藥物發現，這是IBM與克利夫蘭診所合作探索的壯舉。它可以將互聯網安全推向近乎不可破解的程度，從而引起美國能源部的關注。甚至制造公司，如汽車巨頭寶馬，也進入了量子游戲，因為它可以完善材料科學并重寫人工智能的框架。

我們可能正處于量子革命的邊緣，科學家可以以創紀錄的速度開發藥物，以令人難以置信的確定性預測天氣，并在物理學上發現新的角度。

說到這里作者想到了一個有趣的問題：最強之矛量子計算機能夠戳穿最強之盾加密貨幣嗎？

為了判斷我們目前在量子時間線上走了多遠，英國初創公司Universal Quantum的量子架構師馬克·韋伯（Mark Webber）和他的團隊計算了理論上破解比特幣所采用的強大安全系統所需的量子比特數量，這種分散的數字貨幣一直是一項不穩定的投資，吸引了埃隆·馬斯克（Elon Musk）的注意力，并成為金融革命迫在眉睫的象征。最終的答案是？比IBM僅127量子位的處理器多出數百萬個才有可能實現突破。

以區塊鏈技術為基礎的加密貨幣，如大名鼎鼎的比特幣的安全系統被認為對經典計算機具有超安全性，這就是為什么它提供了一種衡量量子計算能力的絕佳方法。

每次加密貨幣進行交易時，都將生成一個對所有人都可用的公鑰和一個僅對使用者可見的安全私鑰，然后，這個關鍵組合以數字方式"寫入"到系統內的貨幣交易分類賬上，即區塊鏈。

在那之后，交易將再次"鎖定"，從而阻止任何人對相關資金做任何事情。但有一個盲點："當有人用比特幣進行交易時，它會向全世界宣布，但在它被集成到區塊鏈之前，它并不完全安全，"韋伯說。

換句話說，在事務的公開聲明和集成之間，存在一個漏洞窗口。從技術上講，在這個窗口內，資金可以操縱。之所以說從技術上來講，是因為這需要非常復雜的算法，即使是最強大的超級計算機也沒有足夠的計算能力來執行它們，除非使用的是量子計算機。

"如果你確實有一臺量子計算機，它可以足夠快地運行，理論上你可以把它定期應用于交易，例如，將它們重新轉移到不同的地址，"韋伯說。

雖然窗口的一般范圍從10分鐘到一天不等，但韋伯說，它的有限性使其成為一個特別好的測試，因為它"我們有一個理想的運行時，我們需要多少個量子位？

在我們進一步討論之前，讓我們討論一下所有這些量子比特功率的起源，這要歸功于兩個令人眼花繚亂的量子特征，即疊加和糾纏。

假設我在桌子上旋轉一枚硬幣，然后問："它是正面還是背面？你可能會說，"什么？"因為我的問題沒有多大意義。在硬幣落在一邊之前，它基本上同時作為兩個選項存在，而這枚令人眼花繚亂的硬幣在旋轉過程中就可稱為"疊加態"。

如果你打斷它的疊加來檢查它的狀態，也就是說讓硬幣停止旋轉的你無法恢復確切的不確定狀態，一旦你打破了疊加，它就永遠被打破了。

現在讓我們修改一下案例，把兩枚硬幣放在一起旋轉。這一次，我有一個條件。如果硬幣A落在頭頂上，硬幣B也會落在頭頂上，這些硬幣現在可以說是相互依賴。每個硬幣的疊加都與另一個硬幣 "糾纏在一起"。

對硬幣A的疊加度的調整會立即影響硬幣B，即使硬幣位于宇宙的兩端。例如，即使只有硬幣A停止旋轉，您也會獲得有關硬幣B的相關信息，從而也打破了它的疊加，這聽起來也是正確的。

好吧，你可能會想：這些類比取決于觀察者的頭腦。你是對的。但那是因為我們談論的是硬幣。對于像電子和光子這樣的量子粒子，這些事情真的，物理上發生了。

回到量子計算的領域，疊加決定了量子位（即量子比特）的狀態。經典位以0或1的形式存在，但是由量子粒子組成的量子位可以同時處于疊加狀態 0和1，最重要的是，它們在仍處于該狀態時檢索數據。

你可以想象，量子位以深不可測的速度進行計算，同時測試幾次迭代，并與其他量子比特糾纏在一起，以瞬間傳輸信息。這是一般的要點。

在上下文中，谷歌和IBM量子計算機使用所謂的超導量子硬件在網格上均勻分布量子位。相鄰的量子位可以糾纏以傳遞信息。Webber的公司專注于捕獲離子硬件，這允許量子位自由移動并在網格上的任何地方進行協作。然而，無論哪種方式，更多的量子位等于指數級的計算能力。

但是，這些量子位中有多少必須同步才能利用比特幣的漏洞窗口？

比特幣交易有一個窗口，在此期間它們容易受到量子計算機的攻擊，但不是經典計算機，絕對不是人，這是因為量子系統充滿了量子比特，它們以人腦幾乎無法理解的速度發射并執行計算。

利用外部研究，韋伯列出了需要多少量子位才能穿透這個窗口，發現了一些可靠的計算。但回想一下，如果量子計算機出現任何問題，疊加就會中斷，所有寶貴的量子數據都可能永遠丟失。

為了防止這場災難，量子程序員做了一些相當直觀的事情。他們只是使用更多的量子比特。這被稱為量子糾錯。

為了簡化，他們在每次計算中都拋出一大批量子比特，以增加獲得正確數據的機會。例如，如果9/10量子位提供了相同的解決方案，那么可以肯定地說這是正確的。

"擁有一個相當高質量的邏輯量子位并不容易，幾乎就是從1000個物理量子位中挑選一個最優的，"韋伯說。因此，他將最初的估計乘以1000，得到最終的答案。即在一小時內入侵比特幣需要大約3.17億個量子比特，如果你想10分鐘就完成這件事，那么所需的量子比特將是一個更大的數字，他說。"可能是六倍之多。" 這將使量子比特的數量達到數十億，目前人類的量子計算機還未達到它的零頭。

"如果你想更慢地破解它，它總體上需要更少的量子比特，如果是在一天內完成破解的話，它大約1300萬個量子比特，”"韋伯補充說。

韋伯并不是唯一一個考慮量子計算如何繞過加密貨幣安全的人。例如，美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology）正在尋找量子證明加密算法，以確保加密貨幣的安全，而以太坊基金會（Ethereum Foundation）正在研究量子電阻的概念。

但是要真正達到通過量子計算機入侵加密貨幣之前，我們還有很長的路要走，不過正如經典計算機曾經走過的路那樣：從10位的真空管到現在每秒計算500多億次只走了半個世紀，每年其算力都將呈指數級增長。

原文：《Quantum hackers could break bitcoin in minutes, but don't panic just yet》

編譯| Light

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