量子计算能打破区块链吗？短期内可能很难实现量子霸权。

破坏性的、划时代的、革命性的...量子计算有太多的光环和不人道的“高度冷”。另一方面，自今年年初以来，一连串的街区一片混乱。网上流行的“3点钟不眠区块链社区”神秘而热门。

最近，他们偶然相遇。据外国媒体报道，一台拥有4000多个量子位的量子计算机可以分裂区块链。如果有人能制造出这样一台量子计算机，他们就能计算并验证每一笔交易，未来产生的所有加密货币都将被他们垄断，加密货币的信任体系将瓦解。

这听起来很可怕。看来这两个“神仙”要打架了。这是真的吗，还是只是一个神话？

“攻击链”威胁来自哪里

在关于量子计算对区块链的威胁的讨论中，持这种观点的一方给出的论点主要包括两点:第一，量子计算将威胁比特币的安全协议；第二，计算能力更强的量子计算机可以垄断“采矿”。

比特币诞生于2009年，是区块链技术最著名的应用。比特币的安全协议涉及两种类型的加密技术，即用于挖掘过程的散列函数和用于在区块链提供数字签名的非对称加密技术。

在“断裂理论”的支持者看来，量子计算机可能对这两条安全线构成巨大威胁。未来，量子计算机可以快速破解散列函数，从而垄断整个区块链，并使比特币的安全协议“失效”。

“挖掘”是指比特币利用芯片的计算能力，在比特币的全球网络中持续执行哈希运算，以比竞争对手更快地找到满足特定要求的随机数，从而赢得在公共账簿中保留账户的权利，并获得系统奖励。本质上，“挖掘”是一个数学问题。

比特币经常说“51%攻击”意味着在区块链，如果一群矿工拥有整个网络51%的计算能力，他们处理数据块的速度总是比拥有49%计算能力的其他矿工快。换句话说，他们将垄断整个区块链，并获得此后产生的所有比特币。

为了应对量子计算机“采矿”的威胁，新加坡国立大学的戴夫·阿加瓦尔和该大学的研究人员于2017年10月发表了一篇相关论文。他们认为，至少在未来十年内，专用集成电路采矿机(使用专用集成电路芯片作为计算能力核心的采矿机)的“开采”速度将快于量子计算机，但量子计算机的“开采”速度将在十年内大大提高。

现在说“休息”还为时过早

根据“一台4000比特的量子计算机可以打破区块链”的说法，中国科学院微电子研究所集成电路先导技术研究与发展中心的研究员吴振华说，这不是一个没有证据的空的情况。

“这是基于通过计数破解区块链所需的计算能力和4000个量子位的计算能力之间的比较。当然，要求也非常高，需要4000个量子位的纠缠，同时保证非常低的错误率。”吴振华解释道。

然而，现实是，目前的量子计算机最多可以实现72位的计算能力，而且它走得越高，就越困难。

作为中国最早的区块链技术研究者之一，中国科学院自动化研究所副研究员袁勇态度非常明确:“总的来说，我不太同意量子计算对区块链构成威胁。”

“首先，对方没有从发展的角度看待问题。量子计算和区块链，或者说量子计算和密码学，必然会显示出一种共生的进化趋势。这两者相互促进，无法与十年内现有的量子计算比特币密码系统相提并论。”袁勇说，“我相信密码学和区块链技术将会有相应的手段来应对量子计算的威胁。”

袁勇也反驳了量子计算惊人强大的观点。根据他的介绍，比特币的一致算法是基于计算能力，因此它可能面临量子计算的威胁。然而，自PoW(工作证明)以来，区块链技术系统中的一致性算法呈现出蓬勃发展的趋势，目前至少有30种一致性算法。许多其他用于加密货币的一致算法不是基于计算能力来挖掘的，例如权益簿记、代表簿记、随机簿记等。此外，还可以应用传统的Paxos和Raft分布式一致性算法。这些共识协议能够在很大程度上抵抗量子计算攻击。因此，如果量子计算确实构成威胁，区块链问题可以通过交换一致协议来解决。

袁勇解释道:“当然，这些新的共识协议，尤其是针对公共链的协议，还没有证明它们的有效性。目前，最安全的是比特币PoW共识。但实际上，对于这些共识算法的未来，我们有许多选择。”

袁勇笑了:“量子计算对比特币是一种威胁，但它对传统银行体系的威胁更大。天要塌了，上面有一个高的。就规模而言，比特币还不是“危言耸听”。"

扩展阅读

短期内可能很难实现“量子霸权”。

量子计算最近越来越受欢迎。3月6日，谷歌宣布推出一款72位通用量子计算机——狗尾草(foxtail pine)，错误率低至1%，与9位量子计算机相同。早些时候，IBM刚刚揭示了它的50个量子比特量子原型的内部结构。

当地部队也不甘示弱。近日，中国科学院院士、中国科技大学常务副校长潘建伟正式发布了中科院与阿里云合作建设的11位超导量子计算云平台，这是继IBM之后，世界上第二个为公众提供10位以上超导量子计算云服务的系统。郭广灿院士的团队还介绍说，其最初的量子计算云平台已经成功推出了32位量子虚拟机，实现了64位量子电路模拟，打破了IBM Q的56位模拟记录。

这一系列行动使得今年的“量子霸权”之战比预期来得更早。“量子霸权”也被称为量子优势，也就是说，一台50量子比特的量子计算机现在比任何经典计算机都优越。只有当“量子霸权”实现时，真正的量子计算机才能被考虑。

量子计算可以颠覆现有的计算产业。它可以通过枚举算法轻松解决大量现有复杂算法无法解决的问题，实现量子效应的直接模拟。但是吴振华说:“虽然量子计算的力量没有被夸大，但是很难实现它。出于各种原因，许多观点或报告(对量子计算的期望)过于乐观。”

谷歌推出的量子计算器狗脊能支持多达72个量子位，声称是“建造大型量子计算机的令人信服的原理证明”。然而，如果量子处理器的错误率能控制在足够低的水平，它就能超越传统的硅计算机，在解决计算科学的确定问题时实现所谓的“量子霸权”。

然而，要实现“量子霸权”，还有许多困难需要克服，何时实现还没有决定。

量子计算伴随着噪声，即随机波动和误差。作为回应，技术乐观主义者认为“降噪”是一个迟早可以解决的技术和工程问题。

另一组人不这么认为。耶路撒冷希伯来大学的数学家吉尔·卡雷是反量子计算的代表人物。他一直在密切关注量子计算的复杂性和噪声。在他看来，噪音的减少必然伴随着量子位数量的指数增长。由于后者无法实现，“量子霸权”也难以实现。