在過去十年中，計(jì)算編程穩(wěn)步發(fā)展并進(jìn)入量子領(lǐng)域，產(chǎn)生了令人費(fèi)解的設(shè)備，這些設(shè)備有望實(shí)現(xiàn)不可思議的計(jì)算效率。

例如，在2020年，中國(guó)科學(xué)家利用一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行一個(gè)數(shù)學(xué)問題，而這個(gè)問題需要一臺(tái)典型的超級(jí)計(jì)算機(jī)25億年才能解決，而使用量子機(jī)卻在200秒內(nèi)解決了這個(gè)問題。

量子計(jì)算改變我們與自然互動(dòng)的方式，它可以通過快速篩選分子結(jié)構(gòu)來(lái)超快速跟蹤藥物發(fā)現(xiàn)，這是IBM與克利夫蘭診所合作探索的壯舉。它可以將互聯(lián)網(wǎng)安全推向近乎不可破解的程度，從而引起美國(guó)能源部的關(guān)注。甚至制造公司，如汽車巨頭寶馬，也進(jìn)入了量子游戲，因?yàn)樗梢酝晟撇牧峡茖W(xué)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(xué)家可以以創(chuàng)紀(jì)錄的速度開發(fā)藥物，以令人難以置信的確定性預(yù)測(cè)天氣，并在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)新的角度。

說(shuō)到這里作者想到了一個(gè)有趣的問題：最強(qiáng)之矛量子計(jì)算機(jī)能夠戳穿最強(qiáng)之盾加密貨幣嗎？

為了判斷我們目前在量子時(shí)間線上走了多遠(yuǎn)，英國(guó)初創(chuàng)公司Universal Quantum的量子架構(gòu)師馬克·韋伯（Mark Webber）和他的團(tuán)隊(duì)計(jì)算了理論上破解比特幣所采用的強(qiáng)大安全系統(tǒng)所需的量子比特?cái)?shù)量，這種分散的數(shù)字貨幣一直是一項(xiàng)不穩(wěn)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(shù)百萬(wàn)個(gè)才有可能實(shí)現(xiàn)突破。

加密貨幣的量子弱點(diǎn)

以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的加密貨幣，如大名鼎鼎的比特幣的安全系統(tǒng)被認(rèn)為對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有超安全性，這就是為什么它提供了一種衡量量子計(jì)算能力的絕佳方法。

每次加密貨幣進(jìn)行交易時(shí)，都將生成一個(gè)對(duì)所有人都可用的公鑰和一個(gè)僅對(duì)使用者可見的安全私鑰，然后，這個(gè)關(guān)鍵組合以數(shù)字方式"寫入"到系統(tǒng)內(nèi)的貨幣交易分類賬上，即區(qū)塊鏈。

在那之后，交易將再次"鎖定"，從而阻止任何人對(duì)相關(guān)資金做任何事情。但有一個(gè)盲點(diǎn)："當(dāng)有人用比特幣進(jìn)行交易時(shí)，它會(huì)向全世界宣布，但在它被集成到區(qū)塊鏈之前，它并不完全安全，"韋伯說(shuō)。

換句話說(shuō)，在事務(wù)的公開聲明和集成之間，存在一個(gè)漏洞窗口。從技術(shù)上講，在這個(gè)窗口內(nèi)，資金可以操縱。之所以說(shuō)從技術(shù)上來(lái)講，是因?yàn)檫@需要非常復(fù)雜的算法，即使是最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)也沒有足夠的計(jì)算能力來(lái)執(zhí)行它們，除非使用的是量子計(jì)算機(jī)。

"如果你確實(shí)有一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，它可以足夠快地運(yùn)行，理論上你可以把它定期應(yīng)用于交易，例如，將它們重新轉(zhuǎn)移到不同的地址，"韋伯說(shuō)。

雖然窗口的一般范圍從10分鐘到一天不等，但韋伯說(shuō)，它的有限性使其成為一個(gè)特別好的測(cè)試，因?yàn)樗?我們有一個(gè)理想的運(yùn)行時(shí)，我們需要多少個(gè)量子位？

在我們進(jìn)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?dú)w功于兩個(gè)令人眼花繚亂的量子特征，即疊加和糾纏。

奇妙的量子計(jì)算機(jī)

假設(shè)我在桌子上旋轉(zhuǎn)一枚硬幣，然后問："它是正面還是背面？你可能會(huì)說(shuō)，"什么？"因?yàn)槲业膯栴}沒有多大意義。在硬幣落在一邊之前，它基本上同時(shí)作為兩個(gè)選項(xiàng)存在，而這枚令人眼花繚亂的硬幣在旋轉(zhuǎn)過程中就可稱為"疊加態(tài)"。

如果你打斷它的疊加來(lái)檢查它的狀態(tài)，也就是說(shuō)讓硬幣停止旋轉(zhuǎn)的你無(wú)法恢復(fù)確切的不確定狀態(tài)，一旦你打破了疊加，它就永遠(yuǎn)被打破了。

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

對(duì)硬幣A的疊加度的調(diào)整會(huì)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(zhuǎn)，您也會(huì)獲得有關(guān)硬幣B的相關(guān)信息，從而也打破了它的疊加，這聽起來(lái)也是正確的。

好吧，你可能會(huì)想：這些類比取決于觀察者的頭腦。你是對(duì)的。但那是因?yàn)槲覀冋務(wù)摰氖怯矌?。?duì)于像電子和光子這樣的量子粒子，這些事情真的，物理上發(fā)生了。

回到量子計(jì)算的領(lǐng)域，疊加決定了量子位（即量子比特）的狀態(tài)。經(jīng)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(shí)處于疊加狀態(tài) 0和1，最重要的是，它們?cè)谌蕴幱谠摖顟B(tài)時(shí)檢索數(shù)據(jù)。

你可以想象，量子位以深不可測(cè)的速度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)測(cè)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(diǎn)。

在上下文中，谷歌和IBM量子計(jì)算機(jī)使用所謂的超導(dǎo)量子硬件在網(wǎng)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(dòng)并在網(wǎng)格上的任何地方進(jìn)行協(xié)作。然而，無(wú)論哪種方式，更多的量子位等于指數(shù)級(jí)的計(jì)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？

讓量子計(jì)算機(jī)成為黑客

比特幣交易有一個(gè)窗口，在此期間它們?nèi)菀资艿搅孔佑?jì)算機(jī)的攻擊，但不是經(jīng)典計(jì)算機(jī)，絕對(duì)不是人，這是因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)充滿了量子比特，它們以人腦幾乎無(wú)法理解的速度發(fā)射并執(zhí)行計(jì)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(gè)窗口，發(fā)現(xiàn)了一些可靠的計(jì)算。但回想一下，如果量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)任何問題，疊加就會(huì)中斷，所有寶貴的量子數(shù)據(jù)都可能永遠(yuǎn)丟失。

為了防止這場(chǎng)災(zāi)難，量子程序員做了一些相當(dāng)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(cuò)。

為了簡(jiǎn)化，他們?cè)诿看斡?jì)算中都拋出一大批量子比特，以增加獲得正確數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。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(shuō)這是正確的。

"擁有一個(gè)相當(dāng)高質(zhì)量的邏輯量子位并不容易，幾乎就是從1000個(gè)物理量子位中挑選一個(gè)最優(yōu)的，"韋伯說(shuō)。因此，他將最初的估計(jì)乘以1000，得到最終的答案。即在一小時(shí)內(nèi)入侵比特幣需要大約3.17億個(gè)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(gè)更大的數(shù)字，他說(shuō)。"可能是六倍之多。" 這將使量子比特的數(shù)量達(dá)到數(shù)十億，目前人類的量子計(jì)算機(jī)還未達(dá)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(nèi)完成破解的話，它大約1300萬(wàn)個(gè)量子比特，”"韋伯補(bǔ)充說(shuō)。

韋伯并不是唯一一個(gè)考慮量子計(jì)算如何繞過加密貨幣安全的人。例如，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)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(huì)（Ethereum Foundation）正在研究量子電阻的概念。

但是要真正達(dá)到通過量子計(jì)算機(jī)入侵加密貨幣之前，我們還有很長(zhǎng)的路要走，不過正如經(jīng)典計(jì)算機(jī)曾經(jīng)走過的路那樣：從10位的真空管到現(xiàn)在每秒計(jì)算500多億次只走了半個(gè)世紀(jì)，每年其算力都將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

原文：《Quantum hackers could break bitcoin in minutes, but don"t panic just yet》

本文來(lái)自微信公眾號(hào)“Techsoho”（ID:scilabs），作者：Light，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

關(guān)鍵詞： 最強(qiáng) 量子 貨幣