量子特刊：量子計算到底是什麼？

事件詳情

來自《量子專題》：一篇關於量子電腦的高層次介紹，它究竟是什麼，以及它與傳統運算有何不同。

什麼是量子運算？量子電腦與一般電腦有何不同？這對比特幣又有什麼關聯？

新進的比特幣使用者不可避免地會遇到這些問題，並被迫面對這些問題所牽扯出的議題——關於比特幣在面對一個若可行量子電腦被開發出來後，對其存在構成實質威脅時的曝險程度。

擁有比特幣的能力建立在一個基本假設上：在沒有直接洩露私鑰副本的情況下，除了持有私鑰的人之外，沒有人能夠簽署交易來動用由該私鑰保護的幣。量子運算使這個假設受到質疑。

量子電腦不只是「電腦，但更快」。它們的運作方式與傳統電腦有著根本上的不同，因此在非常特定類型的計算上，它們比傳統電腦有效率得多。很顯然，我不打算在四頁的篇幅內詳細解釋量子電腦如何運作，但我會給你關於它們與傳統電腦根本差異的核心直覺。

那麼，讓我們來看看這兩種電腦如何處理像大型加密金鑰這類的東西。

傳統電腦（以下簡稱電腦）中儲存的所有內容都是以一連串的 1 和 0 來儲存。每個位元（1 或 0）都精確地是 1 或 0；沒有任何模糊性。當一筆資料被儲存時，它就是 1 和 0。當一筆資料被操作或修改時，它是逐位元、逐步驟地對每個 1 或 0 進行的。

這就是電腦的運作方式。它線性地、一個步驟接著一個步驟地修改它所儲存的離散且明確的資料片段。它不能跳過前面的步驟，也不能走捷徑（就它所採取的步驟而言，而不是指數學上更有效率的做法），它必須一步一步地完成它所執行的任何計算的步驟。

當你使用電腦生成一個私鑰時，它會取得一個隨機值（你輸入的骰子結果、一般使用者輸入、裝置硬體的隨機性等），並將其以 1 和 0 的形式儲存在記憶體中。接著，它必須將這個值乘以橢圓曲線的生成點來得到公鑰。這是透過一個演算法來完成的，而這個演算法歸結到最基本的層次，實際上就是指示要取哪些位元、如何修改它們、在物理層面上要將它們「推送」到哪些電路來完成這項操作，最後將逐位元修改後的新值放回記憶體中。

要得到一個實際有效的地址還有其他步驟，但就本文的目的而言，沒有必要深入探討這些步驟（但它們就像上述步驟一樣，只是關於如何修改記憶體中 1 和 0 的逐步指令）。

那麼，如果有人想用電腦來猜測別人的私鑰呢？

總共有 2 的 256 次方個可能的私鑰。也就是 115,792,089,237,316,195,423,570,985,008,687,907,853,269,984,665,640,564,039,457,584,007,913,129,639,936 個不同的可能金鑰。

一台電腦必須逐一嘗試每一個可能的私鑰（或者一次能平行處理多少就多少），按照上述生成金鑰的精確指令一步一步地進行。你嘗試平行檢查的數量越多，就需要越多的運算能力，而且沒有任何能力可以找到繞過這個成本的捷徑。

你想使用的運算能力越少，所需的時間就越長；你想讓它花費的時間越短，就需要越多的運算能力。

這對電腦來說是一個不可能完成的任務。一方面，你面臨的運算成本是地球上所有電腦加起來都不足以支付的；另一方面，你面臨的時間成本高到在你檢查完所有金鑰之前，宇宙中的每一顆恆星都會死亡。

要真正達成你的目標，你需要另一種選擇，而不是線性地或平行地逐一檢查。這就是量子運算登場的地方。

量子電腦並非以離散狀態運作。一切精確地是 1 或 0。量子電腦中最基本的資訊單位是量子位元（qubit，位元的量子版本）。與位元不同，量子位元處於疊加態，同時是 1 和 0。只有在被觀測時，它才會塌縮成其中一個離散狀態。 

這是讓量子電腦以不同方式運算的關鍵基礎之一。另一個是量子糾纏。量子位元並非孤立儲存，代表它們的實體原子在被觀測時會塌縮成離散狀態，而這些原子彼此糾纏在一起。這意味著當糾纏的原子被觀測並塌縮成單一狀態時，無論相隔多遠，糾纏的原子都會塌縮成相同的狀態。 

現在事情開始變得奇怪了，我得稍微含糊其辭；但你仍應能直觀地理解為什麼量子電腦從根本上不同於傳統電腦。傳統電腦上的演算法是一組指令，用來處理一組特定的位元，並依照演算法的指令逐步修改它們，直到完成並輸出最終的一組新位元。因此，演算法逐步將一個離散狀態轉換成另一個離散狀態。 

量子位元在被觀測並塌縮成單一狀態之前，並不儲存離散狀態。它們儲存機率。當你有一組任意大小的糾纏量子位元（例如這個假設情況中的 2 256），每個可能塌縮成的狀態都有一定的機率塌縮成該特定狀態。 

量子演算法並非逐步操作離散狀態的指令，而是一組如何操作那些糾纏量子位元的指令，以改變不同結果的機率。建設性干涉用於提高正確結果的機率，而破壞性干涉用於降低錯誤結果的機率（請注意，這不是讓實體量子電腦難以精確運作的雜訊或干擾，那是不同的概念）。 

因此，傳統電腦必須逐一檢查每個私鑰，才能找到與特定公鑰匹配的那一個，而量子電腦只需使用正確的演算法執行幾次，就能得出正確答案。它並不是透過「一次檢查所有可能性」來做到這一點。它只是修改疊加態塌縮結果的機率。 

這就是為什麼量子電腦可以打破橢圓曲線密碼學的基礎假設，而傳統電腦不能（這也是為什麼量子電腦只對某些類型的運算有用，也就是具有龐大可能答案候選空間的運算）。 

傳統運算與量子運算之間的這種根本差異意味著，是的，如果一台可行且能正確運作的量子電腦真的被製造出來，那麼保護所有比特幣持有者個人比特幣的基礎假設就會被打破。所有那些資金都將不再安全。 

是的，如果這樣的裝置真的被製造出來並且能運作，這是一個嚴重的風險，但我們並非完全沒有準備。我們了解這個問題，我們了解風險暴露程度，而且針對問題許多不同面向的大量可能解決方案正在匯聚成形。 

深呼吸，放輕鬆。在本期其餘內容中，我們將帶你完整了解整個問題。 

本文刊載於最新一期《Bitcoin Magazine》紙本版——量子特刊。我們在此分享，作為對整期雜誌所探討想法的搶先預覽。

Liquid 在鏈上協商後取回 3,400 BTC；白帽保留 598.5 BTC

據稱是白帽駭客從 Blockstream 的 Liquid Network 聯盟儲備中提取 4,000 比特幣

美國財政部長 Scott Bessent「強烈敦促」參議院通過《清晰法案》

Jack Dorsey 的 Block 成為最新一家申請銀行執照的比特幣專注公司

Steak ‘n Shake 表示自採用比特幣以來銷售額成長雙位數

報導：伊朗持續使用比特幣維持經濟穩定

即時觀看、追趕集數，並隨時隨地取得獨家內容。

Bitcoin Magazine 由 BTC Inc. 出版，該公司是 Nakamoto Inc.（NASDAQ: NAKA）的子公司。

相關幣種

BTC

來源

Bitcoin Magazine RSS