面對史上最強量子計算芯片，我的比特幣還保得住麼？

本週的當頭一棒，有多少加密貨幣的擁躉，從「技術樂觀者」變成了「科技保守者」。

12 月 9 日，Google公佈了旗下最新、最強大的量子計算芯片 Willow，它擁有史上最多的 105 個量子比特。更重要的是，在量子比特增加之後，Willow 在錯誤率的控制取得了突破性進展。

Willow 發佈後，Google股價立刻飆升，兩天內漲幅達 10%。比特幣價格則應聲下跌，最低時下挫了 6%。

問題隨之而來，讚歎科技美好，不耽誤擔心自己的錢包：我那比特幣密鑰，還……還靈麼？

2019 年，Google曾利用一台 54 位的量子計算機 Sycamore，證明了「量子優越性」，即量子計算機相比經典計算機，存在指數級的算力碾壓。當時Google用 200 秒時間，完成了經典計算機需要一萬年才能完成的計算任務。

而這一次，Willow 在算力測試中，進一步將理論算力差距拉大到了天文數字的級別。此次 Willow 用 5 分鐘完成的計算任務，如果用普通的超級計算機，需要 10^25 年，比宇宙的壽命還長。

Google量子 AI 部門的創始人 Hartmut Neven 在博客中表示：Willow 表現出的算力碾壓太誇張，誇張到像是借用了平行宇宙里的算力。

量子計算機理論上蘊含的超強算力，一旦被用於通用計算機的應用場景，巨大的想像空間隨之而來：一切的加密算法，一切對算力敏感的場景如加密貨幣、AI，都將改變成我們難以預期的模樣。

量子計算，靚在哪？

計算機的基本構成單位是「比特」。

經典計算機的比特是宏觀的。比如電路的通、斷，分別表示了 1 和 0 兩種狀態，包括光信號，以及磁盤的扇區，儲存單元，都是一樣。

它們在宏觀中的表現是高度確定的，即便是最先進的集成電路上，柵極尺寸只有十幾納米的晶體管，接通時，內部也是數以億計的電子流動，所以可以抵抗外界干擾。

量子計算器的「比特」，則由微觀層面的量子構成。單個量子的狀態是高度不確定的，即處於「疊加態」，僅僅是測量其狀態，也可能導致狀態改變——有點像量子力學領域的「測不準原理」。

量子計算的根本優勢也在於此。因為處於「疊加態」，其計算能力提升並非單純的在於時鍾頻率有多高，而是利用量子力學的特性進行並行計算，這是與經典計算機完全不同的計算模式。

因為量子比特很不穩定，為減少錯誤，量子計算機往往要在一個高度受控制的環境中運行。Google之前就將量子計算機封裝在一個密閉金屬容器里，容器內部的溫度只有 10 毫開爾文（1 開爾文的百分之一），接近絕對零度。還有研究者表示，因為量子比特會受到宇宙射線的干擾，應該把計算機放進地底或山洞里以減少幹擾。這些手段有效果，但並不足以消除錯誤。

實際上，經典計算機也會出現錯誤，過去主要的解決方法是增基比特，作為「冗餘位」，來實現信息的校驗和修正。這一思路從計算機的硬件層、通訊協議層、軟件層，無處不在。

但對於量子計算機來說，增基比特是很睏難的，因為你無法直接測量量子比特是否存在錯誤，增基比特可能意味著「用不可靠的比特去糾正不可靠的比特」，最後的結果依然不可靠。

Google採用的方法，是通過一種「網格化」的排布，來進行糾錯。Willow 採用了 7X7 的網格排布，其中 49 個量子作為數據比特，另外有 48 個量子用於測量。通過這種方式，Google「突破了糾錯的平衡點」，即增基比特之後，能實現錯誤減少。

這是自計算機科學家 Peter Shor 1995 年提出「量子糾錯」概念以來的一次重大突破。根據Google發表的論文，如果未來進一步將量子比特增加，錯誤率將會指數級下降，降到 10^-10 量級。

這為量子計算描繪了一個更值得期許的未來。

我的比特幣，還保得住麼？

Willow 的發佈確實對加密貨幣市場造成了衝擊。

一切也不難理解，如果量子計算機的天文級算力投入到通用計算領域，過去一切的算力衡量標準都將變得無效。

比特幣的「挖礦」產出將進入一個全新時代，整個加密貨幣的產能會被徹底重新分配。包括當下加密錢包的私鑰，也全部存在被破解的隱患。

早在 2019 年，Google證明了「量子優越性」之後，就有研究者估算，一塊擁有 1300 萬個量子比特的芯片，只需要一天，就可以破解比特幣錢包的私鑰加密。

實際上，不只是比特幣，量子計算機潛在的天文級算力，會威脅到當下所有的加密系統，幾乎所有的密鑰，都可能會遭到暴力破解。如果量子計算機真的成為現實，則意味著所有的加密系統，都需要進行對應的對抗升級——是的，抗量子密碼學也在高速發展之中。

但同樣的，量子計算機如果能廣泛應用於通用領域，也意味著大量的科學研究都可能得到巨大的算力支持，從而實現新的突破。比如當下最熱的 AI 模型訓練，又比如生物研究，藥物開發，或用於航空航天器開發過程中的流體力學分析……

本週，Google CEO Sundar Pichai 在 X 上發佈了 Willow 芯片的介紹後，SpaceX 創始人 Elon Musk 也表達了自己的讚歎。之後 Pichai 回覆稱「我們應該用星艦在太空設立一個量子計算集群」，馬斯克回應表示「這確實有可能發生」。

量子計算，駕馭一顆恒星的力量？

只不過，這些想像，至少在目前，還依然只是想像。你的加密貨幣錢包暫時安全，也不會有平行世界的薩克達來到我們的宇宙挖幣。

因為量子比特極不穩定的狀態，不只會帶來錯誤，還意味著基於當下技術，很難對量子比特的狀態進行批量複製、修改。也就是說，量子計算機很難處理大量的數據，缺乏有效的算法。

目前Google用於測試量子計算機算力的基準測試叫「隨機電路采樣」——這是一種特定的量子算法，它涉及到對量子比特進行一系列隨機的量子門操作，然後測量結果的分佈。它目前主要用於驗證量子計算機的性能，本身也是一種有意義的量子計算任務——雖然這個測試展示了量子計算機在特定問題上的巨大優勢，但並不意味著量子計算機已經可以解決所有類型的計算問題。

有學者這樣形容當下的量子算力測試：「這就像你要用計算機，建立一個超高精度的模型，來模擬馬克杯掉在地上會碎成什麼樣。但如果你有一個馬克杯，你只需要把它往地上一丟就行了。」

總體上，目前學界對量子計算的測試方法，未來是否能應用於更廣泛領域，依然存在爭議和質疑。輿論場里的很多人也懷有一種樸素的觀點，認為如果量子計算真的有用，那它早就改變世界了。

的確，量子計算所展現出的未來潛力太大，不可避免地被抹上科幻色彩，就連 Elon Musk 本人，在和 Sundar Pichai 交流量子計算話題時，也表示說要把人類文明提升到「卡爾達肖夫 II 型」的水平。

「卡爾達肖夫指數」由前蘇聯天文學家提出，其中「II 型文明」意味著文明能駕馭一整顆恒星級別的能量，即 100% 利用太陽的全部功率。這個目標是人類目前已利用能量功率的 10^10 倍。很顯然，這個願景本身就帶有濃烈的科幻精神。

某種程度上，量子計算機的未來也處於一種疊加態，一旦證明成功，就是從 0 到 1 的改變。很難想像未來的世界具體會變成什麼樣——就像回到 80 年前計算機發明的時候，當時的人們也很難想像我們今天的世界。

本文來自微信公眾號：果殼，作者：Jesse，編輯：Steed、臥蟲