本週,Google 發表了一篇論文,描述量子電腦理論上如何在 9 分鐘內推導出比特幣私鑰,其影響範圍延伸至以太坊、其他代幣、私人銀行業務,甚至可能波及全世界的一切。
量子運算很容易被誤認為是一般電腦的更快版本。但它既不是更強大的晶片,也不是更大的伺服器機房。它是一種根本上不同的機器,不同之處在於原子層級本身。
量子電腦始於一個非常冷、非常小的金屬迴路,粒子在其中開始以地球正常條件下不會出現的方式運作,這些方式改變了我們所認為的基本物理定律。
從物理角度理解這意味著什麼,是閱讀量子威脅與真正掌握它之間的差異。
電腦和量子電腦實際上如何運作
一般電腦將資訊儲存為位元——每個位元不是 0 就是 1。位元是一個微小的開關。從物理角度來看,它是「晶片」上的電晶體——一個微觀閘門,要麼讓電流通過 (1),要麼不讓電流通過 (0)。
每張照片、每筆比特幣交易、你曾打過的每個字,都是以這些開關開啟或關閉的模式來儲存。位元沒有什麼神秘之處;它是處於兩種明確狀態之一的物理物體。
每次計算只是非常快速地將這些 0 和 1 進行移動。現代晶片每秒可以執行數十億次這樣的運算,但它仍然是按順序一次執行一個。
量子電腦使用稱為量子位元的東西來取代位元。量子位元可以是 0、1,或者——這是奇怪的部分——同時是兩者!
這之所以可能,是因為量子位元是一種完全不同的物理物體。最常見的版本,也是 Google 使用的版本,是一個微小的超導金屬迴路,冷卻到絕對零度以上約 0.015 度,比外太空還冷,但卻在地球上。
在該溫度下,電流在迴路中流動時沒有任何阻力,電流被認為處於量子狀態。
在超導迴路中,電流可以順時針流動(稱為 0)或逆時針流動(稱為 1)。但在量子尺度上,電流不必選擇一個方向,實際上同時向兩個方向流動。
不要誤以為它是在兩者之間快速切換。電流可測量地、實驗性地且可驗證地同時處於兩種狀態。
(CoinDesk)令人費解的物理學
到目前為止還跟得上嗎?太好了,因為這裡才是真正變得奇怪的地方,因為其背後的物理原理並不是立即直觀的,而且也不應該是。
人們在日常生活中互動的一切都遵循古典物理學,古典物理學假設事物在同一時間處於一個地方。但粒子在次原子尺度上並不以這種方式運作。
電子在你觀察它之前沒有明確的位置。光子在你測量它之前沒有明確的極化。超導迴路中的電流在你強迫它選擇之前不會朝明確的方向流動。
我們在日常生活中不會經歷這種情況的原因是退相干。當量子系統與其環境、空氣分子、熱量、振動和光相互作用時,疊加態幾乎立即崩潰。
足球不能同時出現在兩個地方,因為它每奈秒都在與數萬億個空氣分子、灰塵、聲音、熱量、重力等相互作用。但是將微小的電流隔離在接近絕對零度的真空中,將它與每一個可能的干擾隔離開,量子行為就能存活足夠長的時間來進行運算。
這就是為什麼量子電腦如此難以建造。人們正在設計物理環境,在這些環境中,通常會阻止這種情況發生的物理定律被暫時阻擋,剛好足夠執行一次計算。
Google 的機器在稀釋冷凍機中運作,大小如同巨大的房間,比自然宇宙中的任何東西都冷,周圍有多層屏蔽來防止電磁雜訊、振動和熱輻射。
而且量子位元即便如此也很脆弱。它們不斷失去量子狀態,這就是為什麼「錯誤修正」主導了每一場關於擴展的對話。
所以量子運算不是古典運算的更快版本。它是利用一套不同的物理定律,這些定律只適用於極小的尺度、極低的溫度和極短的時間範圍。
(CoinDesk)現在將其堆疊起來。
兩個一般位元可以處於四種狀態之一(00、01、10、11),但一次只能處於一種狀態(因為電流只向一個方向流動)。兩個量子位元可以同時代表所有四種狀態,因為電流同時向所有方向流動。
三個量子位元代表八種狀態。十個量子位元代表 1,024 種狀態。五十個量子位元代表超過千兆種狀態。每增加一個量子位元,數量就會翻倍,這就是為什麼擴展是如此指數級的。
第二個技巧是稱為糾纏的東西。當兩個量子位元糾纏時,測量其中一個會立即告訴觀察者關於另一個的一些資訊,無論它們相隔多遠。這讓量子電腦能夠以一般平行運算無法做到的方式,在所有這些同時存在的狀態之間進行協調。
而且這些量子電腦的設置使得錯誤答案相互抵消(就像重疊的波浪變平),正確答案相互加強(就像波浪堆疊得更高)。到計算結束時,正確答案被測量到的機率最高。
所以這不是暴力速度。這是一種根本上不同的計算方法——一種讓自然探索指數級巨大的可能性空間,然後透過物理學而非邏輯崩潰到正確答案的方法。
對密碼學的巨大威脅
這種令人費解的物理學正是它對加密來說如此可怕的原因。
保護比特幣的數學依賴於這樣一個假設:檢查每個可能的金鑰所需的時間會超過宇宙的年齡。
但量子電腦不會檢查每個金鑰。它同時探索所有金鑰,並使用干涉來呈現正確的那一個。
這就是它與比特幣的關聯之處。從私鑰到公鑰的單向過程需要毫秒。從公鑰回到私鑰的另一個方向,則需要傳統電腦一百萬年,甚至超過宇宙的年齡。這種不對稱性是證明一個人持有其代幣的唯一方法。
(CoinDesk)執行稱為 Shor 演算法的量子電腦可以反向穿過那個陷阱門。Google 本週的論文顯示,它能以比任何人先前估計的少得多的資源來做到這一點,而且在與比特幣本身的區塊確認競賽的時間範圍內。
這就是為什麼量子電腦破解區塊鏈加密的威脅確實讓每個人都非常擔心。
該攻擊如何一步步運作、Google 的論文具體改變了什麼,以及這對已經暴露的 690 萬枚比特幣意味著什麼,將是本系列下一篇文章的主題。
來源: https://www.coindesk.com/tech/2026/04/05/a-simple-explainer-on-what-quantum-computing-actually-is-and-why-it-is-terrifying-for-bitcoin
