谷歌聲稱開發出了具備量子霸權的量子計算機，能夠解決以前不可能的數學計算任務，並在網際網路上引發了巨大的衝擊波。不少人擔心，量子計算機的演進可能對加密行業夠成威脅，甚至動搖基於其上的金融通訊基礎設施。事實真是如此嗎？如果量子威脅確實存在，那麼距離兵臨城下還有多遠？量子計算是區塊鏈加密的末日還是救贖？

什麼是量子計算？

量子計算是基於量子理論原理開發計算機技術的研究領域。遵循量子物理學定律的量子計算機利用量子疊加多並行處理而獲得巨大的計算能力。

經典計算與量子計算的比較

經典計算依賴於布林代數表達的原理。資料必須在任何時間點或任何位以獨佔二進位制狀態進行處理。現在可以在十億分之一秒的時間內測量每個電晶體或電容器在0、1切換狀態的時間。隨著更小，更快的電路不斷被開發出來，我們開始達到或逼近材料的物理極限和經典物理定律應用的閾值。之後，就是量子計算接管的時代。在量子計算機中，可以使用許多粒子（例如電子或光子），它們的電荷或極化作用代表0和/或1。這些粒子中的每一個都稱為量子位或量子位。

量子疊加與糾纏

量子物理學的兩個最基礎的原理是量子疊加和量子糾纏。

疊加：將量子位視為磁場中的電子。電子的自旋可以是與場域，其被稱為自旋向上狀態，或相反的場，這被稱為自旋向下狀態對準。

根據量子定律，粒子進入狀態的疊加，在這種狀態下，粒子的行為就像同時處於兩種狀態一樣。每個量子位都可以是0和1的疊加。糾纏：

量子可以成對相互纏結，過程稱為關聯。知道一個糾纏粒子的自旋狀態（向上或向下）就可以確定其配對的自旋方向相反。量子糾纏允許相隔極其遙遠的距離的量子位彼此瞬時互動（不受制於光速）。

無論關聯粒子之間的距離有多大，只要它們被隔離，它們都將保持糾纏狀態。量子疊加和糾纏在一起可以極大地增強計算能力。普通計算機中的2位暫存器在任何給定時間只能儲存四個二進位制配置（00、01、10或11）之一，而

量子計算機中的2量子位暫存器可以同時儲存所有四個數字，因為每個量子位代表兩個值。如果新增更多的量子位元，增加的計算容量將呈指數增長。

量子計算機的困境

干擾

在量子計算的計算階段，量子系統中的最小干擾（例如雜散光子或EM輻射波）會使量子計算崩潰，這一過程稱為去相干。在計算階段，量子計算機必須與所有外部干擾完全隔離。

錯誤校正

鑑於量子計算的本質，錯誤校正是非常關鍵的-即使計算中的單個錯誤也可能導致整個計算的有效性崩潰。

輸出觀察

前面兩項密切相關，在完成量子計算後檢索輸出資料的同時可能會損壞資料。

什麼是量子霸權？

據英國《金融時報》報道，谷歌聲稱已經成功製造出了世界上最強大的量子計算機。根據谷歌研究人員的說法，其計算效能可以在200秒內完成超級計算機通常需要一萬多年才能完成計算任務，並且可能意味著區塊鏈及其加密基礎被攻破。

加密中使用的非對稱加密依賴於金鑰對，即私鑰和公鑰。可以從私鑰計算公鑰，但反之則不行。

這種不可行是基於常規計算機能力的數學方面的判斷，而不是絕對的不可行。量子計算機能夠以超常規的效率和方式進行計算，可能導致整個加密方案的失敗。

但是谷歌的量子計算機真的已經對區塊鏈密碼學或其他加密構成嚴重威脅了嗎？事情也許沒有人們想象得那麼糟糕：

倫敦帝國理工學院的量子計算和加密研究員德拉戈斯·伊利（Dragos Ilie）說：“谷歌的超級計算機目前有53個量子位。”

“想要對比特幣或大多數其他金融系統產生任何影響，至少需要大約1500量子位，並且該系統必須將所有這些量子糾纏在一起，” Ilie說。

同時，根據Ilie的說法，進一步擴充套件量子計算機是一個“巨大的挑戰”。

包括比特幣在內的區塊鏈網路依賴於兩種演算法：用於數字簽名的橢圓曲線數字簽名演算法（ECDSA）和作為雜湊函式的SHA-256。一臺量子計算機可以使用Shor演算法來從公開金鑰中獲取私鑰，但 即使是對量子計算 最樂觀的科學估算也表明，量子計算破解區塊鏈加密，即使有這種可能性，也不會在本十年內發生。

根據康奈爾大學發表相關研究論文：

“一個160位的橢圓曲線密碼金鑰需要一個大約1000量子位的量子計算機才能破解，而安全方面等效的1024位RSA模數則需要2000個量子位。”

顯然，谷歌僅有的53個量子位仍然無法與這種加密技術相提並論，差距遠比53到1000兩個數字之間的距離大。

但這並不是說威脅完全不存在。儘管目前區塊鏈應用所使用的本地加密演算法是安全的，但事實是，量子技術的發展速度正在不斷提高，這可能會帶來威脅。谷歌研究人員說：“我們預計量子計算能力將繼續以兩位數的速度增長。”

量子密碼學是終極解藥？

即使量子計算的發展速度遠遠超出人們的預期，量子計算也並非是區塊鏈和加密學的毒藥，反而可能是長生不老藥，同時也將讓業界徹底擺脫RSA的加密霸權。因為將誕生一個更加牢不可破的加密技術：量子密碼學。

量子密碼學使用物理學來開發一種完全“無解”的密碼系統。

量子一詞本身是指物質和能量的最小粒子的最基本行為。

量子密碼學不同於傳統的密碼學系統，因為它更多地依賴物理而不是數學作為其安全模型的關鍵基礎。

本質上，量子密碼學是基於單個粒子/光波（光子）的使用及其固有的量子特性來開發不可破解的密碼系統（因為不可能在不干擾該系統的情況下測量任何系統的量子狀態）。

量子密碼技術使用光子來傳輸金鑰。一旦金鑰被髮送，就可以使用普通金鑰方法進行編碼和編碼。但是光子如何成為關鍵呢？如何將資訊附加到光子的自旋上？

這就是二進位制程式碼起作用的地方。每種型別的光子自旋代表一條資訊，對於二進位制程式碼，通常為1或0。此程式碼使用1和0的字串來建立一條連貫的訊息。例如，11100100110可能與hello相對應。因此，可以為每個光子分配一個二進位制程式碼。例如，可以將具有垂直自旋的光子分配為1。

“如果構建正確，則沒有黑客可以入侵該系統。問題是正確構建它意味著什麼。”蘇黎世理論物理研究所的物理學家Renato Renner說。

常規的非量子加密可以以多種方式工作，但是通常，訊息是加擾的，並且只能使用金鑰來解密。訣竅是確保祕密金鑰不會洩露。在現代加密系統中破解私鑰通常需要計算一個大數的質數因子。

加密演算法選擇的數字是如此之大，以至於在給定的計算機處理能力下，演算法尋找質數因子所需的時間要比整個宇宙的壽命都長。

但加密技術存在漏洞，某些產品（稱為弱金鑰）恰好比其他產品更易於破解。而且，摩爾定律不斷提高我們計算機的處理能力。更為重要的是，數學家正在不斷開發新的演算法，以簡化質數分解。

量子密碼學避免了所有這些問題。在這裡，金鑰被加密為一系列光子，這些光子在共享祕密資訊的雙方之間傳遞。海森堡不確定性原則規定，第三方無法在不改變或破壞它們狀態的情況下檢視這些光子的狀態。

“在這種情況下，對手擁有什麼技術都沒關係，他們永遠也無法打破物理定律，”從事量子密碼學研究的新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家理查德·休斯說。