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我们真有必要怕谷歌的“量子霸权”?

“量子霸权(Quantum supremacy)” 一词激发了人们对于超级计算机的想象力,它的计算能力甚至强大到可以数出地球上每个海滩上的沙粒。谷歌官方宣称的霸权究竟意味着什么?量子计算真能颠覆区块链行业?

经过近一个月的等待(此前谷歌 “量子霸权” 论文被 NASA 发表后火速撤下),北京时间 10 月 23 日晚,谷歌对外正式宣布,它已研制出一款 54 量子比特数的量子芯片,名为 “Sycamore”。

我们真有必要怕谷歌的“量子霸权”?

据谷歌实验的测试结果显示,一个当今世界上最快的超级计算机耗时 10000 年才能完成的复杂计算,Sycamore 只需 200 秒。
量子处理器通过利用量子叠加和量子纠缠来工作。这些奇异的量子行为允许量子芯片同时处理大量数据。为了更好地理解,可以将其设想为如 “漫威电影” 中的奇异博士那样,量子处理器也可以一次性 “预见” 所有的可能结果,然后根据统计学选出最可能的答案。这意味着那些耗时的程序(如大数因式分解)对量子计算机来说是微不足道的。
量子计算并不是近几年才出现的。诸如 D-Wave 公司的 Leap 提供的服务,可以让任何人使用 Python 语言在量子云计算机(cloud-based quantum computer)中编写程序,有点像是看科幻小说。对谷歌而言,该公司似乎对于传统计算机已实现了 “量子霸权” 地位,从理论上讲也确实如此,而实际却并非如此。
量子霸权只是意味着谷歌可以执行那些在传统计算硬件上无法执行的计算。换句话说,即从最快的大型机到 Atari 800XL(1983年推出的一款很古老的系统)的任何 “传统” 计算机都无法在合理的时间(即在宇宙热死亡之前或持续 10000 年)内完成的计算。
研究人员写道:“正是因为有了第一个无法在经典计算机上合理模拟的量子计算,我们才开辟了一个新的领域,以方便探索。”
但目前尚不清楚谷歌的说法是否正确,因为要测试他们是否实现了量子霸权,需要他们在经典计算机上解决相同的问题,理论上需要 10000 年的时间。此外,在传统计算机上能方便解决的问题,并非在量子计算机上也能做到。比如,量子计算机很擅长在多节点网络中找到最短路径,但并不擅长玩射击类游戏 Doom。因此,不能简单地将两者进行比较。
但是,量子霸权对加密算法和挖矿意味着什么?当你拥有一台高效的机器,是否能让你在竞争中脱颖而出?
量子计算对区块链网络的最大威胁是其可以打破传统加密技术的能力。如果你想破坏某种加密货币,你可以将量子计算机瞄准 SHA-256 算法(一种常见的哈希算法)。当真正的量子计算开始入侵全球系统时,势必会造成恐慌。
对此,区块链业务供应商 Qtum 的创始人兼首席执行官帕特里克·戴(Patrick Dai)表示:“量子计算将影响包括比特币所使用的 SHA-256 在内的多种加密算法。由于比特币的昂贵价值,人们有动力去攻击它。然而,我相信首先被破解的将是那些简单的加密算法,这也是在提醒社区是时候改变了。但突破 SHA-256 并非一蹴而就,我们将会发出多次警告。最终,矿工将在这些情况发生时付出代价,他们被落后的硬件制约,但比特币将继续发展。”
研究人员始终认为有望打破哈希算法,甚至破解为我们提供公钥和私钥的非对称加密算法。
约翰·波利萨克(Johann Polecsak)是抗量子区块链 QAN 的首席技术官,他表示:“量子计算将迫使所有加密货币采用新的签名算法,因为目前的加密算法(比特币和以太坊所使用的加密算法)被证明容易受到伪造签名的攻击。”
对于以太坊创始人维塔利克·布特林(Vitalik Buterin)而言,他并不看好量子计算。他在推特中写到:“到目前为止,我对量子霸权理论的看法是,它对于真正的量子计算就像氢弹对于核聚变一样。这证明了一种现象和从这种现象中获取力量的能力是存在的,但离直接投入使用还有很长的路要走。”

我们真有必要怕谷歌的“量子霸权”?

“非对称加密依赖于私钥和公钥密钥对。可从私钥计算公钥,反之则不行。这是由于某些数学问题导致的。量子计算机在这方面的执行效率很高,如果以其他方式进行计算(比如根据公钥计算出私钥),则一切将被破解。已被证明,只需在量子系统中加入更多量子位并保持稳定性,这些将进一步发展。” 维塔利克说。
Praxxis 创始人大卫·乔姆(David Chaum)认为,即使钱包和密钥不能有效抵抗量子计算,工作量证明(PoW)也能抵抗量子攻击。
大卫表示,“工作量证明协议中的哈希算法通常可以抵抗量子计算。对于使用量子计算机的攻击者来说,更可能的攻击角度是破坏工作量证明或权益证明(PoS)协议中的钱包。” 
“鉴于科学进步的不可预测性,准确预测量子计算机何时可以打破某条区块链是一件愚蠢的事。话虽如此,尽管很难克服量子计算机发展的障碍,但没有证据表明它们是无法克服的。” 大卫说。
他补充说:“不久的将来也许会出现一种能使用 Shor 算法打败许多密码算法的量子计算机,在那之前,区块链社区只会忽略这种威胁。“
底线很明显:一旦量子霸权开始触及包括区块链技术在内的现实世界,一切都会失控,减少伤害的唯一方法就是做好准备。
加密货币初创公司 Freedom Stack 的首席执行官阿德里安·斯科特(Adrian Scott)认为:“就比特币而言,如果某人具有量子计算能力,那么他可能会在升级网络之前转移一大批比特币。目前最好的防御方法是,每个比特币地址只使用一次,这样就不会泄露公钥。” 
不幸的是,就如量子比特的本质一样神秘,没人知道当这些机器开始攻击主流区块链平台时会发生什么。
斯科特说:“对于加密货币领域来说,这就像是千年虫问题(Y2K problem,一种程序处理日期上的 bug),因为这确实意味着跨网络平台的重大升级,以及许多应用软件库与其他系统的集成问题等等。我们也不确定 “量子抗性” 方法的抗量子性能到底如何。“

根据国家《关于防范代币发行融资风险的公告》,大家应警惕代币发行融资与交易的风险隐患。

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