量子计算机的出现会扼杀比特币吗？

“我们正在研究的量子计算机完成一项计算任务需要3分20秒，而世界上最强大的超级计算机Summit需要10000年才能完成。”谷歌近日在NASA官方发布的这项研究成果一时间，该网站在全球引起了热议。

谷歌的研究人员表示，这是量子计算机发展的一个重要里程碑，谷歌将借此实现“量子霸权”。尽管 NASA 很快删除了公布结果的论文，给“成就”这个词打上了一个大大的问号。但这一举动反而为这款“悬挂”超级计算机的划时代产品蒙上了一层更显眼的神秘面纱。

我们有时会看到诸如“量子计算机将成为数字货币的最大威胁，现有的数字货币无法抵抗量子攻击”、“量子计算机将颠覆当今所有密码学”之类的话。演讲。

那么这些言论是基于事实的预测，还是被夸大了？而话题的焦点——量子计算机是如何工作的？会带来怎样的改变？让我们简单看一下。

- 01-薛定谔的猫

言归正传，量子计算机与我们熟知的传统计算机几乎相同。从这个角度，我们先来看看计算机是如何存储和处理数据的。

计算机通常使用 0 和 1 的二进制序列来存储数据。抽象地说，二进制中的0和1可以看作是系统的两种“状态”。也就是说，只要我们能找到一个具有两种可区分状态的系统，就可以抽象地实现计算机机制。二进制。

传统计算机使用不同的电压来实现二进制的0和1：低压信号代表0，高压信号代表1。01代表的最小二进制数字就是我们熟悉的1位。 （这里的bit指的是bit而不是byte）在量子计算机的理论基础量子物理学中，有很多可以实现两种可区分状态的二态（甚至多态）系统。

例如，在量子力学的自旋电子学中（这与经典力学中的自旋不同），一个自旋为1/2的粒子对应于自旋上下两种状态；氨分子 顶点处的氨原子也有两个量子态。在三个氢原子设定的平面之上称为“上”量子态，或在该平面之下，称为“下”量子态；另一个例子是经典的量子态。电磁波中的偏振光也分为左旋偏振和右旋偏振两种偏振态。

总而言之，量子物理学可以为我们提供许多实现二进制的系统。基于这些来自量子物理学的系统，量子比特这一量子计算机中的重要角色应运而生。量子比特的重要之处在于，它们比 0 或 1 的比特更“灵活”。它们可以是 0 或 1。

在 0 和 1 之间“反复跳跃”的量子比特如何理解这个“既可以是 0 也可以是 1”的“灵活”呢？我在这里简单描述一下。

由于与外部环境的量子纠缠，开放量子系统的量子相干性会随着时间逐渐消失，这种效应称为量子退相干。简单来说，由于量子退相干效应的存在，当物体微小到量子水平时，其状态就会被“观察”破坏。

说到这里，大家大概会不由自主地联想到著名的“薛定谔猫”实验：当猫被关在装有少量镭和氰化物的密闭容器中时，放射性镭元素处于叠加态腐烂和不腐烂两种状态，猫也是处于“被氰化物杀死”和“未被氰化物杀死”的叠加态——至于死不死，需要打开容器观察，但当它没有打开。在容器之前，它应该处于一种既生又死的状态。

虐猫者薛定谔

不，这个

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如果这个例子仍然不能帮助你理解量子比特的“灵活性”，别担心。回忆一下中学物理实验中的“不可测性原理”：当被测物体足够小时，测量者多次测量得到的结果会有所不同。比如你用尺子量一小块砾石比特币会消亡吗，第一次量是0.15mm，第二次量你可能认为是0.13mm，第三次可能又是一个结果。

- 02-魔法量子纠缠

实现了二进制序列，下一步是进一步实现二进制序列。传统计算机采用高低压信号实现二进制，自然也采用高低压交错脉冲实现二进制序列。例如，1 0 0 对应低电压-低电压-高电压信号，0 10 对应低电压-高电压-低电压信号。另一方面，量子物理学通过纠缠态实现二进制序列。例如，如果一个光子处于量子态|ψ>，我们可以将这个光子与其他光子纠缠在一起，得到N个光子纠缠态|φ>=|ψ>ⓧN，从而实现二元序列。在这一点上，传统世界与量子世界有着巨大的差异。

在传统世界中，我们只能同时拥有一种状态。使用上面的例子，如果一个事物表现出 1 0 0 的状态，它就不能同时表现出 0 1 0 的状态特征。 ，因为高压信号会覆盖低压信号，导致1 1 0状态。在量子世界中，我们可以得到两个或多个状态的叠加。用符号表示，为|φ>=A|1 0 0>+B|0 1 0>，其中A和B为叠加态的叠加系数，满足A2+B2=1，满足逻辑事物发生的概率。如果这个比较不好理解，这里有一个很通俗的类比（需要回忆一下中学物理和数学）：前者的状态叠加类似于标量的加法，后者的叠加类似于向量（向量）的相位。添加。这样就体现了基于量子物理的量子计算机的优势。

在用量子计算机处理数据时，我们可以处理具有所有状态特征的叠加态。因此，通过特定的算法，量子计算机可以帮助我们实现同时处理所有状态的并行计算。话虽如此，文章开头提到的“3分20秒vs1万年”的夸张数据对比背后的理论支撑应该不难理解。即便超级计算机拥有“三头六臂”的神通，也无法像无数“克隆人”那样帮助量子计算机。

量子纠缠使事物可以并行处理

- 03-如果 Google 的说法属实

如果谷歌（或任何其他科技公司）成功研发出完整的量子计算机，并且如果这台完整的量子计算机如之前论文所描述的那样强大，它将对整个社会和加密世界产生什么影响？

3分20秒与一万年的差距可谓天壤之别，因此量子计算机的计算能力与传统计算机相比也将被彻底碾压。这是什么意思？引用我老师在课堂上开的一个笑话——“如果能制造出量子计算机，那么世界上就只剩下一种算法了，穷举法。”详尽的方法很容易理解。

如果你想破解一个四位数的密码，穷举的方法是从0000开始，通过排列组合列出所有可能的数字组合，直到9999。同理，破解六位密码是000000到999999，总有一个对。

显然，穷举法绝对有效，但这种“暴力”直接的算法也伴随着巨大的算力消耗，巨大的算力消耗意味着巨大的破解成本。换句话说，用传统计算机用穷举的方法破解密码，往往得不偿失。量子计算机的出现无疑可以打破这种局面。

对于能够轻松实现远超常规计算机计算能力的量子计算机而言，穷举法不再是消耗巨大资源、成本极高的“愚蠢方法”。相反，由于穷举法的绝对有效性和简单性，其余的复杂算法都被这样一个事实所掩盖，即如果他们可以一次空翻超过 108,000 英里，谁会费心建造一架飞机？ 当然，老师的说法包含了一些夸张和恶搞的成分，但在聊天和玩笑中体现出来的量子计算机压倒性的计算能力，一点也不假。也正因如此，谷歌的论文发表后，“比特币将死”、“密码学将毫无意义”等煽动性言论猖獗。

- 04-比特币会被量子计算机杀死吗？

那么比特币会被量子计算机 K.O. 抛弃吗？在我们开始之前，让我们看一下比特币是如何加密的。比特币的加密方式主要有两点：一是SHA256哈希算法，就是将加密货币“打包”成2256个结果的哈希函数。比特币的“工作量证明”中的“工作量”是指破解这个哈希函数并找到代表加密货币的“特殊解决方案”的过程。除此之外，SHA256还用于公钥生成钱包地址。

另一个是椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。比特币通过 ECDSA 中的 secp256k1 曲线生成公钥和私钥。公钥和私钥无疑是加密资产安全的重中之重。 对于算力是超级计算机 10 亿倍的量子计算机来说，SHA256 和 ECDSA 算法都是可以轻松处理的数量级运算。也就是说，量子计算机只要拿到钱包地址，就可以逆向解密公钥，再通过公钥解密私钥，进而控制加密资产。

这样，理论上量子计算机确实可以突破比特币。而且不仅是比特币，网银、支付宝等安全级别相差不大的密码系统也将受到量子计算机的威胁。但真的会这样吗？答案当然是否定的。前面说过，处理叠加态达到并行计算的效果，需要特定算法的支持。即使所谓的“挂”超级计算机峰会是真的，也仅限于特定的任务。

对于仍处于早期发展阶段的量子计算机来说，多种加密方式支持的比特币绝对是烫手山芋。要破解它比特币会消亡吗，需要越来越成熟的叠加处理。算法，这显然是不现实的。至少现阶段不会，除非谷歌的研究人员都是秃头。另外，从比特币本身来看，计算机的破解能力在提高，比特币的加密算法自然会保持不变。

以太坊3.0的预配置将抗量子加密算法带入大众视野，而谷歌本次的论文也加深了加密货币开发者对量子抗性的理解。基于此，随着量子计算机的逐渐成熟，加密货币的量子电阻只会比高一英尺高一英尺。如果我坚持，唯一可能受苦的人就是矿工。毕竟，算法的修改和升级总会伴随着矿机的淘汰和世代的更替。

最后，从攻击的性质——成本和收益来看，使用量子计算机攻击比特币几乎是一件毫无意义的事情。试想，如果比特币连最基本的安全都不能保证，那么比特币的共识和比特币的信仰自然会随之崩塌。失去价值支撑的比特币将一文不值，即使攻击者拥有全部2100万比特币，他也不过是一篮子水。不过话说回来，最有说服力的还是NASA亲自撤回了谷歌发表量子计算机研究成果的论文。

它告诉我们两件事：第一，谷歌的量子计算机还没有准备好推出，或者只是在吹牛；二、本文内容纯属个人猜测，如有雷同，纯属缘分。

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来源：哔哔新闻（ID：gh_2279df4d40e5）