我們真有必要怕谷歌的“量子霸權”?

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“量子霸權(Quantum supremacy)” 一詞激發了人們對於超級計算機的想象力,它的計算能力甚至強大到可以數出地球上每個海灘上的沙粒。谷歌官方宣稱的霸權究竟意味著什麼?量子計算真能顛覆區塊鏈行業?

經過近一個月的等待(此前谷歌 “量子霸權” 論文被 NASA 發表後火速撤下),北京時間 10 月 23 日晚,谷歌對外正式宣佈,它已研製出一款 54 量子位元數的量子晶片,名為 “Sycamore”。

據谷歌實驗的測試結果顯示,一個當今世界上最快的超級計算機耗時 10000 年才能完成的複雜計算,Sycamore 只需 200 秒。

量子處理器透過利用量子疊加和量子糾纏來工作。這些奇異的量子行為允許量子晶片同時處理大量資料。為了更好地理解,可以將其設想為如 “漫威電影” 中的奇異博士那樣,量子處理器也可以一次性 “預見” 所有的可能結果,然後根據統計學選出最可能的答案。這意味著那些耗時的程式(如大數因式分解)對量子計算機來說是微不足道的。

量子計算並不是近幾年才出現的。諸如 D-Wave 公司的 Leap 提供的服務,可以讓任何人使用 Python 語言在量子云計算機(cloud-based quantum computer)中編寫程式,有點像是看科幻小說。對谷歌而言,該公司似乎對於傳統計算機已實現了 “量子霸權” 地位,從理論上講也確實如此,而實際卻並非如此。

量子霸權只是意味著谷歌可以執行那些在傳統計算硬體上無法執行的計算。換句話說,即從最快的大型機到 Atari 800XL(1983年推出的一款很古老的系統)的任何 “傳統” 計算機都無法在合理的時間(即在宇宙熱死亡之前或持續 10000 年)內完成的計算。

研究人員寫道:“正是因為有了第一個無法在經典計算機上合理模擬的量子計算,我們才開闢了一個新的領域,以方便探索。”

但目前尚不清楚谷歌的說法是否正確,因為要測試他們是否實現了量子霸權,需要他們在經典計算機上解決相同的問題,理論上需要 10000 年的時間。此外,在傳統計算機上能方便解決的問題,並非在量子計算機上也能做到。比如,量子計算機很擅長在多節點網路中找到最短路徑,但並不擅長玩射擊類遊戲 Doom。因此,不能簡單地將兩者進行比較。

但是,量子霸權對加密演算法和挖礦意味著什麼?當你擁有一臺高效的機器,是否能讓你在競爭中脫穎而出?

量子計算對區塊鏈網路的最大威脅是其可以打破傳統加密技術的能力。如果你想破壞某種加密貨幣,你可以將量子計算機瞄準 SHA-256 演算法(一種常見的雜湊演算法)。當真正的量子計算開始入侵全球系統時,勢必會造成恐慌。

對此,區塊鏈業務供應商 Qtum 的創始人兼執行長帕特里克·戴(Patrick Dai)表示:“量子計算將影響包括比特幣所使用的 SHA-256 在內的多種加密演算法。由於比特幣的昂貴价值,人們有動力去攻擊它。然而,我相信首先被破解的將是那些簡單的加密演算法,這也是在提醒社羣是時候改變了。但突破 SHA-256 並非一蹴而就,我們將會發出多次警告。最終,礦工將在這些情況發生時付出代價,他們被落後的硬體制約,但比特幣將繼續發展。”

研究人員始終認為有望打破雜湊演算法,甚至破解為我們提供公鑰和私鑰的非對稱加密演算法。

約翰·波利薩克(Johann Polecsak)是抗量子區塊鏈 QAN 的技術長,他表示:“量子計算將迫使所有加密貨幣採用新的簽名演算法,因為目前的加密演算法(比特幣和以太坊所使用的加密演算法)被證明容易受到偽造簽名的攻擊。”

對於以太坊創始人維塔利克·布特林(Vitalik Buterin)而言,他並不看好量子計算。他在推特中寫到:“到目前為止,我對量子霸權理論的看法是,它對於真正的量子計算就像氫彈對於核聚變一樣。這證明了一種現象和從這種現象中獲取力量的能力是存在的,但離直接投入使用還有很長的路要走。”

“非對稱加密依賴於私鑰和公鑰金鑰對。可從私鑰計算公鑰,反之則不行。這是由於某些數學問題導致的。量子計算機在這方面的執行效率很高,如果以其他方式進行計算(比如根據公鑰計算出私鑰),則一切將被破解。已被證明,只需在量子系統中加入更多量子位並保持穩定性,這些將進一步發展。” 維塔利克說。

Praxxis 創始人大衛·喬姆(David Chaum)認為,即使錢包和金鑰不能有效抵抗量子計算,工作量證明(PoW)也能抵抗量子攻擊。

大衛表示,“工作量證明協議中的雜湊演算法通常可以抵抗量子計算。對於使用量子計算機的攻擊者來說,更可能的攻擊角度是破壞工作量證明或權益證明(PoS)協議中的錢包。” 

“鑑於科學進步的不可預測性,準確預測量子計算機何時可以打破某條區塊鏈是一件愚蠢的事。話雖如此,儘管很難克服量子計算機發展的障礙,但沒有證據表明它們是無法克服的。” 大衛說。

他補充說:“不久的將來也許會出現一種能使用 Shor 演算法打敗許多密碼演算法的量子計算機,在那之前,區塊鏈社羣只會忽略這種威脅。“

底線很明顯:一旦量子霸權開始觸及包括區塊鏈技術在內的現實世界,一切都會失控,減少傷害的唯一方法就是做好準備。

加密貨幣初創公司 Freedom Stack 的執行長阿德里安·斯科特(Adrian Scott)認為:“就比特幣而言,如果某人具有量子計算能力,那麼他可能會在升級網路之前轉移一大批比特幣。目前最好的防禦方法是,每個比特幣地址只使用一次,這樣就不會洩露公鑰。” 

不幸的是,就如量子位元的本質一樣神秘,沒人知道當這些機器開始攻擊主流區塊鏈平臺時會發生什麼。

斯科特說:“對於加密貨幣領域來說,這就像是千年蟲問題(Y2K problem,一種程式處理日期上的 bug),因為這確實意味著跨網路平臺的重大升級,以及許多應用軟體庫與其他系統的整合問題等等。我們也不確定 “量子抗性” 方法的抗量子效能到底如何。“

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