量子问题：量子计算到底是啥？

什么是量子计算？量子计算机与普通计算机有何不同？这与比特币有什么关系？

新的比特币爱好者不可避免地会遇到这些问题，并且必须面对他们挖掘出的问题，即如果要开发出可行的量子计算机，比特币将面临巨大的生存威胁。

拥有比特币的能力取决于一个基本假设，即在不直接泄露比特币副本的情况下，除了拥有私钥的人之外，没有人可以签署并使用该密钥保护的硬币进行交易。量子计算对这一假设提出了质疑。

量子计算机不仅仅是“计算机，而且速度更快”。它们的工作方式与经典计算机有本质上的不同，因此它们在特定类型的计算中比经典计算机高效得多。显然，我不会在四页的时间内详细解释量子计算机如何工作，但我会给你核心直觉，让你了解它们与经典计算机有何根本不同。

因此，让我们看一下这两种计算机如何与大型加密密钥等交互。

古典计算机

经典计算机（或者从现在开始只是计算机）中存储的所有内容都存储为一系列 1 和 0。每个位（1 或 0）恰好是 1 或 0；没有任何歧义。存储一条数据时，就是1和0。当对一段数据进行操作或修改时，是在每一个1或0上一点一点、一步一步地完成的。

这就是计算机的工作原理。它一步一步线性地修改它所存储的离散、明确的数据片段。它不能跳过，也不能走捷径（就它所采取的步骤而言，而不是更有效的数学方法），它必须一一执行它正在执行的任何计算的步骤。

当您使用计算机生成私钥时，它会获取一个随机值（您输入骰子、一般用户输入、设备硬件的随机性等）并将其以 1 和 0 的形式存储在内存中。从那里，它必须将该值乘以椭圆曲线的生成点以获得公钥。这是通过一种算法来完成的，归结为最基本的层面，就是字面上的指令，说明要采用哪些位、如何修改它们、哪些电路将它们“推”到物理层面上以实现这一目标，最后将已被一点点修改的新值放回到内存中。

还有其他步骤可以达到实际的有效地址，但就本文而言，没有必要讨论这些步骤（但它们就像上面的步骤一样，只是逐步说明如何修改内存中的 1 和 0）。

那么如果有人想用计算机来猜测别人的私钥怎么办？

有 2256 个可能的私钥。这是 115,792,089,237,316,195,423,570,985,008,687,907,853,269,984,665,640,564,039,457,584,007,913,129,639,936 个不同的可能键。

计算机必须一个接一个地尝试每一个可能的私钥（或者一次可以并行尝试多个私钥），一步一步按照上面生成密钥的确切说明进行操作。您尝试并行检查的数据越多，您需要的计算能力就越强，但无法找到任何解决该成本的捷径。

你想要使用的计算能力越少，需要的时间就越多，你想要使用的时间越少，你需要的计算能力就越多。

这是用计算机不可能完成的任务。一方面，你的计算成本不足以支付地球上每台计算机的费用，另一方面，你的时间成本非常高，在你检查完所有恒星之前，宇宙中的每一颗恒星都会死去。

为了真正实现你的目标，除了逐一线性或并行检查之外，你还需要另一种选择。这就是量子计算的用武之地。

量子计算机

量子计算机不适用于离散状态。一切都精确地是 1 或 0。量子计算机中最基本的信息是量子位（位的量子版本）。与位不同的是，量子位处于叠加状态，同时是 1 和 0。当观察到它时，它只会陷入一种或另一种离散状态。

这是允许量子计算机进行不同计算的关键构建模块之一。另一个是纠缠。量子位不仅是孤立存储的，代表它们的物理原子在观察时会塌陷到离散状态，它们纠缠在一起。这意味着当观察到纠缠原子并塌陷到单一状态时，纠缠原子会塌陷到相同的状态，无论它们相距多远。

现在事情变得奇怪了，我得稍微动一下手；您仍然应该直观地理解为什么量子计算机与经典计算机有根本的不同。经典计算机上的算法是一组指令，用于获取特定的位组，并根据算法的指令逐步修改它们，直到完成并输出完成的新位组。因此，该算法逐步采用一种离散状态并将其转变为另一种状态。

量子位不会存储离散状态，直到它们被观察到并崩溃为一。他们存储概率。当你有一组任意给定大小的纠缠量子位时（例如假设的情况 2256），它崩溃到的每个给定可能状态都有一定的概率崩溃到该给定状态。

量子算法不是对离散状态进行操作的分步指令，而是一组关于如何以改变不同结果的概率的方式对这些纠缠量子位进行操作的指令。相长干涉用于增加正确结果的概率，相消干涉用于降低错误结果的概率（请注意，这不是使物理量子计算机难以准确运行的噪声或干扰，这是一个不同的概念）。

因此，虽然经典计算机必须逐一检查每个私钥才能找到与特定公钥匹配的私钥，但量子计算机只需使用正确的算法运行几次即可得出正确的答案。它并不是通过“立即检查所有可能性”来做到这一点。它只是修改了叠加塌陷的概率。

这就是为什么量子计算机可以打破椭圆曲线密码学的假设，而经典计算机却不能（这也是为什么量子计算机仅适用于某些类型的计算，需要检查大量可能的候选答案空间）。

不要惊慌

经典计算和量子计算之间的这种根本区别意味着，是的，如果真正生产出可行的量子计算机，并且功能正常，那么保护所有比特币持有者个人比特币的基本假设就被打破了。所有这些资金都是不安全的。

是的，如果这样的设备真的制造出来并且有效的话，这将是一个严重的风险，但我们并非完全没有准备。我们了解问题，我们了解暴露的情况，并且针对问题的许多不同方面的大量可能的解决方案正在汇集在一起​​。

呼吸，放松。在本期的其余部分中，我们将引导您解决整个问题。

这篇文章出现在比特币杂志最新印刷版《量子特刊》中。我们在此分享它，作为对整期探讨的想法的初步了解。