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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? 2022-02-10 10:41:09  來(lái)源:36氪

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

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