谷歌的 72 位量子计算机意味着它与比特币有什么关系

在最近的美国物理学会上，Goggle Labs 公布了最新一代的量子处理器 Bristlecone。 Bristlecone 是一个 72 位的量子比特处理器，错误率仅为 1%。 该处理器不仅可以帮助科学家探索量子模拟，还可以用于量子机器学习。

最重要的是，谷歌实验室持谨慎乐观态度：如果一切顺利，量子霸权将在未来几个月内到来。

为什么我们需要量子计算机

根据摩尔定律，计算机的计算能力会永远增长，但事实并非如此。

随着技术的进步，CPU的技术在纳米级上越来越小，可能会变成原子大小，任何纳米管和传统技术都将无计可施。 另外，晶体管数量的增加也会带来很多问题。 三极管之间的漏电会增加，影响三极管的正常工作。 同时，芯片会消耗更多的功率，产生更多的热量。

聪明的你可能会想，为什么不增加CPU的面积来放更多的晶体管呢？ 事实是，更大的表面积带来更好的散热，但也需要更高的电压来驱动，适得其反。

在算法方面，经典计算机也有局限性：经典计算机在运行时只有“0”和“1”两种状态。 这种操作方式在计算常规数学模型时不会有任何问题，但是会遇到一些特定的场景。 你无能为力。 比如化学反应中分子的变化，每个分子的变化都会影响其他分子，它们的变化规律不是0.1.2.3.4.5，而是同时从0到5，计算量增加呈指数增长。

因此，经典计算机面临危机在所难免，人类世界日益增长的计算需求与落后的计算能力之间的矛盾必然会越来越突出。 量子计算机也成为各大科技公司的必备之选。

谷歌量子计算机的伟大之处

量子计算机的原理相当难以解释。 简单来说，量子信息中有一个名词叫“量子比特”。 一个量子位可以准备为两个逻辑状态的叠加，它可以同时存储“0”和“1”。 如果有N个量子比特，理论上可以同时存储2^N个数据。 例如，250个量子比特可以存储的数据是2^250，这比已知宇宙中所有原子的总和还多。

量子计算机在运算时谷歌量子计算机比特币大跌，可以同时计算2^N次数学运算，相当于经典计算机重复2^N次计算。 可见，量子计算机可以节省大量的时间和计算单元。

那么同样是一台量子计算机，为何Bristlecone这次会如此抢眼呢？ 有必要普及量子霸权（也称量子优越性），即50量子比特的量子计算机优于目前任何经典计算机。 只有实现了量子霸权，才算是真正意义上的量子计算机。

错误率与量子比特的关系

我们知道量子态很不稳定，所以只有50个量子比特是不够的，因为量子比特的量子纠缠会出错，只有足够的量子比特和低的错误率才能实现真正的量子霸权。 谷歌表示，只有当量子计算机的错误率低于 1%，数量接近 100 个量子比特时，才能实现量子霸权。

左图是Bristlecone，右图是量子比特结构

目前，在错误率方面，谷歌已经在72位量子计算机上实现了这一目标。 单量子位门为0.1%，双量子位门为0.6%。 无论是量子比特数还是错误率，谷歌再次领先世界，再看看IBM和微软。

量子计算机可以轻松破解比特币

目前，量子计算机仅应用于科学研究领域，但如果 Bristlecone 能够像谷歌实验室所说的那样实现量子霸权，那么比特币等基于区块链技术的虚拟货币就有可能被破解。

我们知道谷歌量子计算机比特币大跌，矿工挖矿是利用SHA-256哈希函数为每个区块计算一个随机数。 这个过程中得到的结果很容易验证，但很难找到。

并且如前所述，比特币的规则是处理较多的区块加入区块链，其他区块作废。 比如51个人说你在银行的账本里存了100元，49个人说你存了50元。 在这种情况下，区块链算法少数服从多数，银行说你存了100块钱是真的，你存了50块钱是假的。

所以一旦一个矿工拥有了51%的算力，其他后续的矿工将无法继续获得比特币。

未来，随着量子计算机量子位的增长，区块链采用的非对称密码算法，即公钥密码体制，也将受到更大的威胁。

通过使用量子计算机，可以很容易地逆转使用公钥推导出私钥的过程，每个人的私钥都会很容易被量子计算机推导出来。 外媒Motherboard认为，一台4000量子比特的量子计算机可以瓦解区块链，也就是说，无论哪个人或团队最先制造并应用这样的量子计算机，都可以解决和验证每一笔交易。 所有不流通的加密货币都将被它垄断，加密货币的信任体系将瓦解。

严格来说，量子计算机的出现将威胁到现有系统中的所有密码学，并将改写整个金融银行业的安全防护。

当然，需要补充的是，对于量子计算机能否替代经典计算机的问题，很多科学家都予以否定。 因为量子计算机的计算特性决定了它只能应用于少数领域，经典计算机的工作范围远远超过量子计算机。

最后提醒区块链技术的开发者，虽然量子计算机还处于起步阶段，距离技术成熟还有很长的路要走，但大家今后还是要警惕量子计算机这个庞然大物，它会颠覆世界。