量子霸权挖矿

A. 什么是量子计算

量子计算是一种基于量子物理学的计算形式。经典计算机依靠位（零或一）进行计算，而量子计算机使用利用量子力学以“叠加”形式存在的量子位（量子位）：零和一的组合，每个都有一定的概率。例如，一个量子位可能有 80% 的几率为零，20% 的几率为零。或者 60% 的机会为零，40% 的机会成为 1。等等。

1980 年代，物理学家保罗·贝尼奥夫 (Paul Benioff) 首次提出了量子计算的概念。不久之后，理论物理学家理查德·费曼和数学家尤里·曼宁率先提出量子计算机可以解决经典计算机无法解决的问题。事实上，在 1990 年代，数学家 Peter Shor 开发了一种算法，量子计算机可以用它来破解公钥密码学：“ Shor 算法”——如果量子计算机变得足够强大的话。

2019 年 10 月，经过数十年的研究，谷歌正式宣称已达到“量子霸权”。这实质上意味着量子计算机解决了经典计算机无法解决的问题。或者，更具体地说，它在 200 秒内解决了一个问题，即使是最强大的经典超级计算机也需要 10,000 年才能解决。

虽然这是一个重大突破，但量子计算机似乎离运行 Shor 的算法还有很长的路要走。一方面，目前的量子计算机还不够强大，而且不清楚扩大这项技术的难易程度。此外，要真正发挥作用，量子计算机依赖于一种称为“纠错”的技术解决方案，这仍然是一个挑战。

预测这项技术的未来发展很困难，但可以运行 Shor 算法的量子计算机可能需要数年甚至数十年的时间——也许它们根本不可能实现。

如果量子计算机能够运行 Shor 算法并破解公钥密码学，那么比特币确实可能会受到攻击。具体来说，一些硬币可能会被盗。

然而，有些人认为盗窃会受到一定程度的限制。虽然所有硬币都由公钥加密（目前是 ECDSA 算法）保护，但大多数硬币也由 SHA256 散列算法保护。只有当这两种算法都被破解时，所有硬币才能彻底被盗，但目前看来 SHA256（或任何其他哈希算法）似乎无法被量子计算机破解。

也就是说，大量的硬币只能通过公钥密码术来保护。目前的估计表明，如果公钥密码体制被破解，大约 500 万比特币将被盗。以下是比特币可能面临风险的一些情况：

事实上，即使比特币同时受到公钥和哈希的保护，在“量子世界”中安全地使用这种比特币也可能是一个挑战。当用户尝试花费他们的比特币并通过比特币网络传输交易时，攻击者将有机会尝试窃取资金。此时，攻击者可以在交易确认之前尝试破解公钥加密，然后将比特币重新发送到他自己的地址之一。

我只想说，如果量子计算机突然变得比任何人预期的都要强大，比特币就会有问题。

需要注意的是，如果可以运行肖尔算法的量子计算机突然出现，比特币不太可能成为第一个或主要的目标。公钥加密可以保护世界上几乎所有其他数字信息，包括军事情报、银行数据和其他现有金融基础设施、通信网络等。

是的，比特币协议可以升级为抗量子。

简而言之，比特币的签名算法将不得不被量子抗性签名算法所取代。由于隔离见证的激活，比特币的签名算法可以通过向后兼容的软分叉升级相对容易地被替换。（当前的 ECDSA 签名算法可能会在不久的将来通过软分叉被 Schnorr 签名算法部分取代。）

升级后，用户应该将他们的比特币迁移到新地址，以便受到抗量子签名算法的保护。在量子计算机可以运行 Shor 算法之前，没有及时迁移的用户将面临比特币以某种方式被盗的风险。

如果比特币没有及时转移到安全地址，比特币协议也可能会升级以阻止比特币被消费。这种措施意味着原始所有者也会丢失比特币——但是，当然，无论如何，他们很可能会将比特币丢失给攻击者。（有人建议，这些比特币可能会被其合法所有者通过零知识证明密码术解锁——但这仍然是非常投机的。）

鉴于量子计算的当前发展状况，预计比特币将有足够的提前警告，表明需要进行升级。专家认为，我们还没有接近那个时间点。

量子计算机或许能够比传统计算机更快地挖掘比特币。然而，因为比特币挖掘是基于散列（而不是公钥密码学），所以它可能不会被破坏到任何有意义的程度。

相反，量子计算的出现可能会导致一场新的军备竞赛，以建立最快的采矿硬件，直到找到新的平衡点。当 GPU 取代 CPU 和 ASIC 取代 GPU 时，比特币挖矿格局已经发生了类似的演变。

B. 量子霸权到底是什么

最近，全球知名 科技 期刊《麻省理工学院技术评论》公布了2020年“全球十大突破性技术”的榜单。

当今互联网老大谷歌公司，在2019年成功演示的“量子霸权”技术成功入选。

《麻省理工学院技术评论》在国人心中，确实没有《科学》、《自然》等国际 科技 期刊有名。

不过麻省的这份十大技术榜单，堪称最近20年里最牛逼的科学预言大师，曾经准确预测了深度学习、智能手表、脑机接口、基因疗法等目前风口技术的崛起。

那么问题就真的来了，谷歌搞的量子霸权到底是个什么东东？

1、量子之父普朗克

量子的出现，其实都是被牛顿力学逼出来的，在十九世纪末期，牛顿力学无法解释清楚的问题只剩下了两个。

一个问题后来被爱因斯坦的相对论解决了，最后剩下的这个就是黑体的能量辐射问题。

当时人们根据经典牛顿力学建立了两个关于黑体辐射的公式，但最后都无法完美支持实际的实验结果。

一直喜欢研究热辐射的德国帅哥普朗克，使出九牛二虎之力，也始终无法得出合理的实验结果。

无奈的普朗克选择了弄虚作假，搞出来一个被后世称为普朗克定理的新公式，最终确实得出了完全吻合实验结果的数据。

为了自圆其说地解释新公式，普朗克又提出了一系列假说，所谓假说，其内涵就是，我没有证据，但我就那么认为，你能咋地吧。

这个假说就是辐射的量子化假说，而量子呢，被普朗克假定为一种最小的无法分割的单位，简单说量子就是构成物质的最小单元。

一群支持量子的科学家，前排左二为普朗克

量子假说一被提出，好像打开了潘多拉魔盒，所有的科学家像疯了一样，纷纷在量子的基础上提出自己的假说。

爱因斯坦提出了光量子假说，德布罗意宣布了波粒二象性假说，泡利搞出了不相容原理，薛定谔养出了那只不知死活的猫，狄拉克最后又整出了狄拉克方程，把爱因斯坦的相对论也彻底拉进了量子理论。

假话说了一千遍，就成了真理，二十世纪唯二深刻的物理学革命—量子力学时代，就此在一堆科学大牛假说的基础上拉开了大幕。

不同时期的普朗克

普朗克做为量子力学之父，年青时也是妥妥的大帅哥一枚，研究量子之后，就变成上图右边的造型了。

作为二十世纪最重要的两位物理学家，爱因斯坦的名气貌似比普朗克大好多。

其实，两个人的科学贡献是难分伯仲的，因为现代物理学的两块基石，相对论和量子力学，正是由二人奠基。

如果您实在记不住普朗克，我这里倒是有一个小窍门，大家肯定都知道质量的国际单位制是千克，而物体的质量随着时间的流逝是会发生改变的。

那么，怎样做才能得到一个恒定的物理常量呢，科学家们于是脑洞大开。

国际千克原器

首先由恒定不变的量子力学常量—普朗克常数来代表物体，然后再用爱因斯坦的质能方程来计算质量，得到的就是一个恒定不变的值了。

一个大家经常使用的质量基本单位，就轻松地把两位最伟大的科学家紧密联系起来，真是让人始料不及。

2、什么是量子计算机

如果说普朗克的量子学说，打开了人们研究微观世界的大门，是第一次量子革命。

那么，当上世纪80年代，量子力学被应用到信息科学，诞生了量子信息科学后，第二次量子革命就正式开始了。

量子信息科学极大促进了微纳制造技术的发展，现在被美国卡脖子的芯片，相当大的部分属于微纳技术。

而量子信息学科最大的两个分支就是量子计算和量子通信，而量子计算机就是进行量子计算的最佳载具。

某种意义上，量子计算是打开未来无限可能性的一把钥匙，与传统的数字计算相比，量子计算采用了全新的模式。

传统的计算机数据编码，一般会采用二进制0,1表示，小学生都知道0和1是非常确定的状态，非此即彼。

上古神兽之薛定谔的猫

然而，自从神兽薛定谔的猫出现后，大家所认知的一切都被颠覆了，所有的一切都是不可预知的。

本来传统计算机，一个二进制位只能存一个0或1,二者必取其一。

而在量子计算机里，一个量子位，可以同时处于多个状态，就是说它可以同时既是0，也是1，这就比传统计算机，大大提高了存储能力和运算能力。

如果不能理解的话，你就可以好好想想计算器和算盘，它们计算速度差别有多大吧。

如果量子计算机正式走向实际应用，那计算机的存储、计算能力会指数级提升，IT产业也将获得革命性进展。

3、量子霸权到底是啥

2012年，美国加州理工学院普雷斯基尔教授首次提出了“量子霸权”的概念，这个词就是说，当一个量子计算机做到了传统计算机根本做不到的事，就是实现了“量子霸权”。

谷歌公司的量子计算机

而谷歌公司声称实现的“量子霸权”，就是用一台量子计算机在200秒内，从一个量子电路中，采集了100万个样本，，而这个工作量，如果用当今最强大的超级计算机执行，则需要运算整整一万年。

所以量子霸权之争，实际上就是未来的数字世界霸主之争，量子计算将成为未来的颠覆性技术。

比如说密码破译工作，据说目前美国建立了一个数据库，专门用来存储对手的外交、军事、经济等暂时无法破译的机密信息，以等待未来的量子计算机成功破译。

一旦破译成功，这些信息就可以用来推算对手过去的工作模式，从而可以推测如今可能的工作方式。

目前量子计算机在硬件实现上，还面临许多困难，还需要研究更新的量子算法，但以量子技术为核心的第四次技术革命却真是离我们越来越近。

4、中国的量子霸权

中国目前是量子技术的主要玩家，我国的几大 科技 公司，也先后布局了量子计算。

比如阿里的达摩院，就发布了量子计算云平台，并推出了量子模拟器“太章”，网络、腾讯、华为也同样有自己的量子计算蓝图。

中国量子领军人物潘建伟院士

此外在去年底，国防科大的量子计算团队，也将新研的量子计算模拟算法应用到“天河二号”超级计算机中。

就连谷歌的这次量子霸权实验数据，也引用了中国这项算法的公开论文。

目前我国量子计算正处于从实验室到实际应用的嬗变中，能否在这场量子计算的竞争中弯道超车，决定了我国是否能抢占未来 科技 革命的制高点。

C. 我们为什么要关注量子霸权量子霸权意味着什么

量子霸权，代表量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力，实现量子霸权是量子计算发展的重要里程碑。评测称霸标准，需要高效的、运行于经典计算机的量子计算模拟器。在后量子霸权时代，这种模拟器还会成为加速量子计算科学研究的重要工具。称霸标准已成为量子计算领域最重要的科学问题之一。

实现量子霸权，将代表超越经典的量子计算能力从理论走进实验，标志着一个新的计算能力飞跃时代的开始。实现量子霸权离实现实际的量子计算机尚有很大距离。当前实现量子霸权绝非易事。我国应当更加正确面对这个霸权。

D. 你知道什么是量子计算机吗什么是量子霸权

你知道什么是量子计算机吗？什么是量子霸权？

一、什么是量子计算机？

量子计算机顾名思义，它就是一种计算机，但是是基于量子理论而研发出来的一种计算机，这种量子计算机一般可以同时处在多个状态之下，因为我们普通的计算机一般都是二进制的量子计算机，它可以在多个状态之下被使用，所以比我们普通的计算机应用的范围更加广泛一点，量子计算机在经过了多年的研究之后，于2019年的时候推出了世界上第一台计算机系统，这是一台商用的量子计算机。

E. 谷歌号称实现的“量子霸权”，究竟霸了个什么权

前段时间，谷歌在 NASA 上发表了一篇论文草稿， 宣称“谷歌的 AI Quantum 研究小组的 53 量子比特处理器实现了“量子霸权，目前最强超算需要花费 10000 年的计算在量子计算机上只用 200 秒就够了” 。不过没多久这篇论文就被撤回了。

（ 利用可编程超导处理器实现量子优势 ）

虽说后来有人解释说是论文还在审查，被 NASA 提早发布了。可不是发了果照再撤回大家就能当没发生过。 又是最强又是霸权的，吃瓜群众早都兴奋了 。

连明年的美国总统候选人 Andrew Yang 都发声：世界上再没有破解不了的代码了。

霸权通常和地位联系在一起，像什么世界霸权，军事霸权，文化霸权什么的，很容易给人一种处在能够操控、压制他人的强势地位的感觉。一听到 XX 霸权这样的词语，总会让我们心头一颤。

那这个“量子霸权”究竟霸了个什么权，对我们又有什么影响呢？

为了不让大家产生什么误解，先告诉大家结论： “量子霸权”和我们所理解的霸权根本不是一回事 ，而且就目前来看， 短时间内也不会对我们带来任何影响 。

“量子霸权”，翻译自 Quantum Supremacy ，最早出现在 《 MIT Technology Review 》( 麻省理工 科技 评论，是由麻省理工学院出版的杂志 ) 关于谷歌与 IBM 开展量子计算研究竞争的评述中。

他们认为， 当量子计算机发展到 50 量子比特的时候，就能实现 “ 量子霸权 ”，超过世界上任何传统计算机，能够解决传统计算机解决不了的问题 。

如果不是很了解量子的概念，大可以先把量子计算机当成一种先进的电脑，量子比特当成一种特别的比特。

大家都知道传统计算机是靠数字 0 和 1 的二进制进行存储和运算的，一个比特代表一个数，一堆比特就成了数据。量子比特则是可以同时表达 1 和 0 的另类。

我们把小黑胖比作比特，方便大家理解。

小黑胖可以吃鸡腿，也能啃猪蹄，但从常识来说，同一时间他只能吃其中一种。

但量子小黑胖就不一样了， 他能在吃鸡腿的同时也在啃猪蹄 ，如果不掰开他的嘴看看，你永远不知道他吃什么。

于是有人预言，当 50 个量子小黑胖一起吃东西时，就能吃掉不管多少个普通小黑胖都没法在一顿饭的时间里吃掉的肉山。

可谁也不知道那么多量子小黑胖在一起会不会打起来；会不会干脆打起来了麻将，不吃东西了。

于是大家决定， 如果谁成功凑齐这么多量子小黑胖并让他们吃掉那座肉山，就说他实现了“ 量子霸权 ” 。

事情就是这样

相信有差友都开始骂人了， 这是哪门子的“ 霸权 ”啊？

虽然不存在什么量子小黑胖，也没人能一边吃鸡腿同时啃猪蹄，更理解不了为什么掰开嘴之后里边只剩下了一种食物，但“量子霸权”就是这么回事。

谷歌针对某个问题，弄出了这么一台量子计算机。然后证明了在这个问题上最厉害的超算都算不过量子计算机。

不过天见可怜，估计评述的作者也想不到，他只是想感慨量子计算机的算力优势，没想到这个单词在中国朋友这还有这么复杂的意思。

其实让托尼来形容，估计也想不出啥准确的词，或许可以叫 “ 量子牛逼 ” ？

至于它的算力有多强，给大家举个栗子。

0 就像硬币的正面， 1 就像硬币的反面，传统计算机里面，每次抛硬币要么是正面要么是反面。

如果扔两枚硬币，传统计算机要像小孩子一样，同一时刻只能在正正、正反、反正、反反这四种状态中选一种。而量子不做选择，所有状态同时全都要。

可能差友对这种近乎耍赖的行为没什么概念，那我们再换颗实际点的栗子。

大家说好去找万匹丝，路飞坐船从东海出发，你鸣人却用多重影分身分头找。还敢说你鸣本开没开挂！

虽说不管多么复杂的算法，通过不断重复的计算都能得到答案，但是有些问题算起来就是成千上万年，得到答案的时候可能早都不需要了。

为什么现在的人工智能更像个人工智障，为什么人类迟迟破了不了基因的秘密，为什么邮递员的最短路线算不出来。。。 还不是因为算不过来 ！

但这些为什么大部分都会在量子计算下被摧枯拉朽地解决。

毫无疑问，现在的密码对上量子计算机的下场只有一个， 输的连裤衩都不剩 。

传统加密方式在挂壁面前毫无意义，个人的、银行的、机关的，就连区块链的秘钥被试出来也就是分分钟的事。。。

现有的加密算法

不过这是“ 现在 ”的密码系统对比有了完善算法的“完全体”量子计算机的情况， 现在真正意义上的量子计算机还没影呢 。

2000 年时 IBM 首席科学家迪文森佐提出了量子计算机应该满足的五条标准， 可现在还没谁能全部达标（ 包括谷歌这次 ） ，谷歌这次的算法和密码破解也没一毛钱关系。

算力会进步，加密方式也在变强。

512 位的 RSA 加密算法在 1999 年就被破解了。

768 位的 RSA 加密算法也只撑了 10 年 。

虽然目前广泛采用的 RSA 1024 还好好的，但居安思危，早有人提议启用 RSA 2048 ，甚至是 RSA 4096 。

就连数字证书中常用的 SHA-1 算法，在 2017 年也被谷歌破解。

但，目前为止也没见哪个国家的核弹密匙被盗用。

退一万步 ，量子计算的对手也该是同样开挂的量子加密。

就像矛和盾，铁矛刺穿木盾当然毫不费力，但因此就说矛比盾强，边上的铁盾肯定不乐意。

道理是这么个道理，不过大家肯定还关心： 咱们国家有铁盾了没，厚实不？

虽然量子计算方面各国还是一个你追我赶的状态，但在量子加密领域我国可以说是一骑绝尘。

早在 2016 年，我国就已经把量子卫星“ 墨子号 ”送上天，并在 2017 年通过 “ 墨子号 ” 与奥地利科学家进行了量子加密的视频通话~

除了盾硬，矛也得造。政府的大力扶持， 科技 企业的不断投入， 我国在量子计算领域也稳坐第一梯队 。

阿里巴巴达摩院 2017 年就和中科院合作成立了 “ 中科院阿里巴巴量子计算实验室 ”，与一众 科技 巨头争夺 “ 量子霸权 ”。

华为投入研究量子计算之余，也在提升行业生态和人才基数：华为云提供云量子模拟，沃土计划培养未来量子计算人才。

“ 量子霸权 ”才是个开头呢，后面的 科技 竞争还需要源源不断的人才支撑。

托尼没这么大本事弄出一大块人才成长的沃土，但有平均水准超高的差友们啊！虽说没谁看这么篇文章就要努力研究量子 科技 去，但多少能让更多人知道量子计算是怎么回事。

哪怕只有一点点， 社会 关于量子 科技 的环境都在变好。

这就值了。

F. 谷歌实现量子霸权，比特币网络要被攻破了吗

北京时间10月23日晚，“自然”杂志150周年纪念版发表了一篇论文，声称谷歌已经成功地实现了“量子霸权”。这一在量子领域被评为“你好世界”的事件立即占据了主流媒体的头版，论文对“200秒内量子计算=地球上最强大的超级计算机一万年”的描述成为整个互联网的热门话题。

目前除以太方、量子链等加密货币项目侧重于量子电阻外，许多密码学和量子密码学专家在倡导尽快建立保障资金安全的问题上，据彭博科技记者威廉·图顿上月在Twitter上透露，国家安全局目前一直在致力于相关技术的研究。因此，除非量子计算的威胁突然爆发，否则比特币仍有时间应对它的到来。“比特币是活的，共识在那里，货币在那里，如果不升级，它就不会因为算法或漏洞而消失。但是量子电阻问题还没有解决。随着量子计算机的不断发展和更多量子比特芯片的到来，这将仍然是悬在密码货币头上的达摩克利斯之剑。”

G. 比特币价值将归零谷歌计划2029年前量子计算商用化

（思进注： 1994年，数学家Peter Shor公布了一种量子算法，该算法可以打破最常见的非对称密码算法的安全性假设。这意味着拥有足够大量子计算机的任何人，都可以使用此算法通过公钥反算出私钥，从而伪造任何数字签名。这是否意味着比特币将会被量子计算机crack down…… 事实上，中心化的密钥体系PKI，确实会有这个风险，因为大多数应用是CA+10的6次方。海量反编译，是可以推算出中心密码本的！也就是说，伪造PKI数字签名是有可能的， 拭目以待吧……再转发下文，和大家分享……）

谷歌计划2029年前量子计算商用化，比特币价值将归零？

作者 | 新浪 财经

来源 | 华尔街见闻

量子计算何以对比特币构成威胁？

在解释这个问题前，需要先了解以下几个知识点。

经典计算机采用二进制，用0和1构建了底层代码的一切。量子计算机可以同时储存和表示0和1叠加态。比特币挖矿基于计算一种名为SHA-256的哈希函数（一种函数算法，把任意一个字符串输入SHA-256函数，都会输出一个256位的二进制数）的正确值。每一个比特币用户在注册的时候，系统都会生成一个随机数，再对这个随机数进行SHA256再进行hash160，产生一个叫做私钥的字符串。作为数字签名。私钥可以对一串字符进行加密。而公钥可以把私钥加密之后的数据进行和解密。加密和解密的钥匙不一样的这种加密方式，称之为非对称加密。通过公钥反算不出私钥。如果私钥遗失，那么拥有者的比特币就无法取出。

基于上述原因，由于SHA-256的正确值十分难计算，数量有限的比特币才会变得极为稀缺和珍贵。同时由于经典计算机无法通过公钥反算出私钥，私人拥有的比特币才无法被他人获得。

但在1994年，数学家Peter Shor公布了一种量子算法，该算法可以打破最常见的非对称密码算法的安全性假设。这意味着拥有足够大量子计算机的任何人，都可以使用此算法通过公钥反算出私钥，从而伪造任何数字签名。

故而，在量子计算面前，比特币的挖矿将变得轻而易举，通过公钥也能反算出私钥。这令比特币变得不再稀缺，也不再安全。

同时意味着比特币的共识将产生崩塌，比特币的价值也将趋零。

关于量子力学，广为人知的还有光的波粒二象性、观测者效应，和一个著名的思想试验——薛定谔的猫。

量子世界是如此不合常理，以至于它曾令说出“上帝不会掷骰子“爱因斯坦，都感到困惑不解。

无论如何，量子计算机的出现，对经典计算机形成了巨大挑战。而随着量子计算研究进程的递进，比特币的破解，或许在2029年前就将成为可能。

谷歌的量子计算进程如何？

早在2019年，谷歌发表在《自然》杂志上的论文称，其开发的54比特（其中53个量子比特可用）超导量子芯片“Sycamore”，对53比特、20深度的电路采样一百万次仅需200秒，最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果，则需要一万年。基于这一突破，谷歌宣称实现了“量子霸权“。

而近日在 Google I/O 大会上，领导谷歌 Quantum AI（量子 人工智能）团队的的科学家Hartmut Neven表示，谷歌计划在2029年前建造数十亿美元的量子计算机并将其正式商用。

谷歌的目标是建造有着100万个量子比特的计算机。不过，谷歌同时表示，首先需要减少量子比特产生的错误，然后才能考虑将1000个量子比特一起构建为一个逻辑量子比特。这将为“量子晶体管”打下基础，“量子晶体管”是未来量子计算机的基础。目前谷歌的量子计算机只有不到100个量子比特。但要知道，互联网诞生至今不过52年，第一台通用计算机诞生至今不过75年．

谷歌目前正在加利福尼亚州扩建一个新园区，用以专注于量子计算方面的研究工作，扩建工程将于2020年底正式完工。

在量子计算领域大举投资和押注的公司，除了谷歌，还有IBM、D-Wave Systems、霍尼韦尔（Honeywell）。

IBM Research总监Dario Gil曾表示，2023年将是量子计算大面积使用的转折点，届时将能通过软件实时查看和更新量子计算的状态，而不再是通过以往的硬件调整。

高德纳咨询公司 （Gartner）副总裁Chirag Dekate表示，过去五年中，量子计算的创新速度超过了此前的30年，他还预计到2025年，将有近40%的大公司制定量子计算计划。

关于对抗量子计算，目前已出现量子密码学的相关研究。一个名为The Open Quantum Safe （OQS）的开源项目已于2016年启动，目标为开发抗量子的密码形式。