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谷歌72位量子计算机来了!比特币可能被破解

在近日的美国物理学会上,Goggle实验室的公布了最新一代量子处理器Bristlecone,Bristlecone是一款72位量子位处理器,错误率只有1%。这款处理器不仅能够帮助科学家们进行量子模拟的探索,还能够在量子机器学习上有所应用。

作者:佚名来源:中关村在线|2018-03-12 10:34

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在近日的美国物理学会上,Goggle实验室的公布了最新一代量子处理器Bristlecone,Bristlecone是一款72位量子位处理器,错误率只有1%。这款处理器不仅能够帮助科学家们进行量子模拟的探索,还能够在量子机器学习上有所应用。

最为重要的是,Google实验室谨慎且乐观的认为:如果一切运行良好的话,量子霸权将在未来几个月到来。

为何我们需要量子计算机

按照摩尔定律,计算机的计算力将永远增长,但事实并非如此。

随着工艺的提升,CPU的工艺在纳米级上越来越小,它有可就会变成一个原子大小,而任何纳米管和传统工艺都将对此毫无办法。此外晶体管数量的增加会带来很多问题,晶体管之间的漏电情况加剧,影响晶体管的正常工作,同时芯片会消耗更多的电力,产生更多的热量。

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晶体管增长(图源:维基百科)

聪明的你可能会想到,为什么不增大CPU的面积以放下更多的晶体管呢?事实是,更大的表面积在带来更好散热效果的同时,也需要更大的电压来驱动,适得其反。

在算法上,经典计算机也存在着局限性:经典计算机在运算时只有“0"、“1”两种状态,这种运算方式计算常规数学模型上不会有任何问题,但遇到了一些特定场景上就无能为力了。比如化学反应中的分子的变化,每个分子的变化都会影响到其它分子,它们的变化规律不是0.1.2.3.4.5,而是同时从0变成了5,运算量呈指数爆炸级增长。

所以说经典计算机面临危机是必然的,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也势必变得越来越突出,量子计算机也成了各大科技公司必争之地。

Google量子计算机伟大之处

量子计算机的原理解释起来相当困难,简单来说,在量子信息中有一个名词叫“量子比特”,量子比特可以制备在两个逻辑状态的叠加体,它可以同时存储“0”"1"。如果是N个量子比特,理论上可以同时存储2^ N的数据。比如250个量子比特可存储的数据就是2^ 250,这个数字比已知宇宙所有原子加起来还要多。

量子计算机在进行运算时,可以同时计算2^ N的数学运算,相当于经典计算机要重复2^ N的计算,由此可见,量子计算机可以节约大量的时间和计算单元。

那么同样是量子计算机,为什么这次Bristlecone如此引人瞩目?这里面有必要科普一下量子霸权(又称量子优越性),即50量子比特的量子计算机优于现在的任何一台经典计算机。达到量子霸权才算真正意义的量子计算机。

谷歌72位量子计算机来了!比特币可能被破解
错误率和量子比特的关系

我们知道量子的状态是非常不稳定的,所以仅有50个量子比特是远远不够的,因为量子比特的量子纠缠会出错,只有足够多的量子比特和低的错误率才能实现真正意义的量子霸权。根据Google的说法,当量子计算机的错误率低于1%,数量接近100个量子比特时就才可以达到量子霸权。

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左图为Bristlecone,右图为量子比特结构

目前来看,在错误率上,谷歌在72位量子计算机上已经实现了这个目标,单量子比特门为0.1%,双量子比特门为0.6%,无论是量子比特的数量还是错误率,Google再次领先全世界,接下来就看IBM和微软的了。

量子计算机可轻易破解比特币

目前量子计算机只在科研领域有所应用,但如果真如Google实验室所言,Bristlecone能达到量子霸权,那么比特币等基于区块链技术的虚拟货币可能将被破解。

我们知道矿工挖矿就是使用SHA-256哈希函数为每个区块计算一个随机数,这个过程所得到的结果非常容易被验证,但是很难被找到。

而就像上面所说,比特币的规定是处理得更多的那个区块加入区块链,另一个区块则作废。举个例子,这就像于在一个账簿里有51个人说你在银行存了100块钱,而49个人说你存了50块钱,这种情况下,区块链算法少数服从多数,银行认为你存了100块钱是真,存了50块钱是假。

所以一旦一位矿工拥有51%的算力,其他后续矿工将无法继续获得比特币。

未来随着量子计算机量子比特的增长,区块链采用的非对称密码算法,即公钥密码系统也会受到更大的威胁。

通过使用量子计算机,可以很容易地反过来运行用公钥推定私钥的过程,每个人的私钥都会被量子计算机轻易地推断出来。外媒Motherboard认为一个4000量子比特的量子计算机就可以瓦解区块链,也就是说哪个人或团队先做出并应用这样的量子计算机就可以解出并验证每一笔交易,未来会产生的还未流通的所有加密货币都会被其垄断,加密货币的信任系统将被瓦解。

严格意义上讲,量子计算机的问世会威胁到现有体系所有的加密学,将改写整个金融和银行业的安全防护。

当然,需要补充一点的是,关于量子计算机能否取代经典计算机的问题,很多科学家对此都表示否定。因为量子计算机的计算特点决定了它只能应用在少部分领域中,而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开发者,虽然现在量子计算机仍然处于萌芽时期,达到技术成熟还有很远,但是各位要从现在开始警惕量子计算机这个怪兽了,它将颠覆世界。

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