量子计算机会成为比特币的终结者吗？

谷歌高调宣布“量子霸权”成功示范后，一度引起比特币投资者的恐慌和担忧。据说需要200秒才能完成传统超级计算机需要1万年才能解决的问题。比特币使用的椭圆曲线签名算法（ECDSA）很容易被破解。

一旦某个地址发生转账，可以借助量子计算机通过公钥找到私钥，该地址的钱可能会被盗。于是有人惊呼，基于密码学和算法的加密货币在计算能力呈指数级增长的量子计算面前，很可能面临灭顶之灾。量子计算机的出现会对比特币产生什么影响？比特币能否经受住量子计算机算力的冲击？意见不一。

那么比特币的加密算法真的很容易受到量子计算机的攻击，无处可藏？

在中国科学技术发展战略研究院2017年第九期《科技中国》发表的《量子计算技术发展现状与趋势》一文中，全国政协副主席万钢在科技部顾问会议兼部长，同时兼任院长，量子计算是这样描述的：量子计算是指以纠缠态量子态为信息载体，利用量子态的线性叠加原理进行运算的方案信息的并行计算。

大家所说的量子计算机“量子霸权”也被称为“量子优势”，意思是说量子计算机与现在的传统计算机相比，具有碾压的优势。一台非常强大的量子计算机可以完成现有计算机几乎不可能完成的任务。例如，谷歌声称它可能需要 200 秒才能完成一个传统超级计算机需要 10,000 年才能解决的问题。量子计算机的出现将对比特币产生任何影响。为了理解这一点，我们需要

我们先普及一下量子计算机的知识。

可能有很多人认为量子是一种微观粒子。这个概念是不正确的。 “量子”是目前人类公认的最小能量单位。能量的最小单位不是一个连续的过程，而是一部分，用量子的概念来表达。量子技术最重要的特点之一就是像传统计算机一样，在集成电路中通过开关来实现0和1的区分，其基本单元是硅片。量子计算机也有自己的基本单位，即量子比特。

量子比特，也称为量子比特，通过量子的两种状态的量子力学系统来表示0或1。例如光子的两个正交极化方向，磁场中电子的自旋方向或核自旋的两个方向，原子中的量子处于两个不同的能级等等。当这些状态被观察到时，它们就会坍缩变成“0”或“1”，也就是变成一个确定的值，这和经典量子理论“薛定谔的猫”是一样的。量子计算的原理是在量子力学系统中演化量子态。

量子计算机的强大功能

中国科学技术发展战略研究院在《量子计算技术的发展现状与趋势》一文中指出

“量子计算机具有极高的并行计算能力，可以在可接受的时间内解决一些经典计算机几乎不可能解决的计算问题，如大数分解、复杂路径搜索等。量子计算的发展基于互联网的信息处理技术有望引发一场新的技术革命，为密码学、大数据与机器学习、人工智能、化学反应计算、材料设计、药物合成等诸多领域的研究提供前所未有的强大手段。将对未来社会的科技、经济、金融和国防安全产生革命性的影响。”

量子计算机利用量子相干叠加原理，具有超高速并行计算能力。我们都知道，目前传统计算机的位长基本已经达到64位，处理器一次可以运行64位数据。也就是说，如果用64位来存储一个状态量子计算比特币，他一共能存储多少？ 264 功率位。如果使用电子计算机，一个位只能同时访问一个状态。也就是说，它也是一个n位的内存，当前的计算机只存储一位的结果。但量子计算机可以存储高达 2 次方的结果。它的并行计算不仅在存储容量上远超后者，而且读取速度快，可以同时并行进行多个读取和计算。

例如，一位数学老师给出了 100,000 道数学题。遇到问题，小明只能同时解决其中一个。假设他平均能在一个小时内计算出一个谜题，那么完成这些谜题需要十万个小时。量子计算机不仅拥有超快的计算能力，还可以同时对10000道题进行并行运算，并且可以在几分之一秒内计算出这10000道题的结果。使用世界上运算能力最快的“天河二号”超级计算机，估计需要100年时间才能求解出数十亿个变量的方程组。使用千万亿量子计算机求解相同的方程组只需要 0.01 秒。这就是量子计算机的巨大威力。

超级计算的缺点

自引入量子计算以来，实验方面经历了从单个量子比特到大约十个量子比特的发展过程。与最终做出实用的通用量子计算机的目标相比，仍处于原理论证的探索性研究阶段。

仅就计算能力而言，毫无疑问量子计算比特币，量子计算机的计算能力远高于目前的电子计算机。但在现实世界中，我们人类世界处理数据可以分为两种。一个是相互关联的，另一个是独立的。相互独立很容易理解。例如，在前面的例子中，小明要解决 100,000 个问题。每个问题相互独立，可以同时并行计算。什么是相互关系？举个例子：比如我想进入一栋大楼的办公室，我必须先从门进去，然后乘电梯或者爬楼梯，然后才能到公司门口。在办公室坐下。在整个过程中，无论你多快进门，多快爬楼梯，每一步都离不开前一步的提前处理。

在计算上，数据处理的第二步依赖于上一步的完成，而这种相互关系在处理事务时是分不开的。因此，不能同时并行处理，必须一步一步地一步一步完成。无论计算量多快，都必须串行处理。因此，面对这样的事情，量子计算没有办法通过提高并发能力来处理关联数据。这为密码学对抗“重复”量子计算提供了可行的解决方案。例如，著名科普作家卓克在“Get”的《卓克密码学30讲》中提到了针对量子计算机的第七代加密方法——量子加密。

目前，量子计算机的出现在理论上对比特币构成威胁。由于目前的哈希算法和非对称加密算法尚不具备抵抗量子计算的能力，因此它们的加密算法可以并行计算。然而，反量子计算算法在理论界早就发明出来了，只是因为之前没有出现过量子计算的技术，所以也没有在实践中得到应用。从游戏的角度来看，虽然量子计算机已经问世，但仍处于研发实验室的早期阶段，解决实际问题可能还需要很长的时间。

量子计算机等科技手段正在积极寻找破解密码等的钥匙，同时密码学专家也在积极寻找对抗量子计算机的“武器”。比特币的加密算法会不断迭代升级。到时候只要把比特币区块链的加密算法改成反量子加密算法，就可以抵制量子计算。另一方面，正如核弹的出现并不一定意味着它会毁灭地球一样，量子计算机也没有合理和必要的理由来破坏比特币的稳健性。

随着时间的推移，比特币技术已被证明非常成熟和稳定。一个兼具稳定性和安全性的属性是值得关注和投资的。

作者：李明（仙子科技创始人）编者按：本文在不改变作者原意的情况下进行了修改。