量子计算对比特币的威胁：评估进展与可能性

量子计算机是否可能对比特币网络构成真正威胁，这一问题已被讨论超过十年。当我13多年前初次接触比特币时，这已成为一个严肃的辩论话题。

自那些我仍是一个迷茫的初学者努力理解基础知识的早期岁月以来，许多事情已经改变。理论和实际的工程改进都出现了。

此后出现了两个关键发展，显著改变了在未来十年左右出现可工作量子计算机的可能性。这并不自动意味着此类机器将变得广泛普及或甚至对资金雄厚者易于获取。

尽管如此，未来几年内确实有可能制造出几台功能性机器。

纠错改进

第一个重大进展在于纠错。为了补偿在如此微小尺度上操控物体带来的固有噪声，创建一个有用的逻辑量子位需要多个冗余的物理量子位。

以前，最好的方法是表面码——将许多物理量子位排列成网格，并使用一些作为检查量子位，定期验证其邻居的叠加态错误，而不破坏叠加。网格中的每个空位都必须填充一个检查量子位。

这种对检查量子位的需求增加了额外开销，可能接近每个逻辑量子位需要1000个物理量子位。在更大规模下问题恶化，因为一个检查量子位只能监视其直接邻居，因此每组量子位都需要均匀间隔的检查器。

量子低密度奇偶校验（qLDPC）码消除了这一限制。它们让检查量子位远距离监视其他量子位——要么通过连接不同芯片部分的走线，要么通过使用中性原子设计物理移动原子。结果，可靠逻辑量子位所需的物理量子位数量减少了10倍。

这是一个有意义的改进。它尚未代表一台完全可操作的机器，但它标志着支撑可工作量子计算机的工程中真正的效率提升。

基础证明进展

第二个发展解决了一个更深层的问题：增加更多物理量子位是否真的降低整体系统噪声，而不是增加它。目前这仍是理论上的，并且重要的是要记住，尚未有完全功能的量子计算机完成过经典计算机无法匹敌的端到端计算。

谷歌用其Sycamore（后来是Willow）芯片进行了实验，测试增加更多物理量子位的影响。要明确指出，这不是计算的演示——它仅显示了信息可以在内存中存储而不衰减。

研究人员使用了由17、49和101个物理量子位组成的逻辑量子位。他们展示了逻辑错误率——数据损坏的频率——随着物理量子位数量增加而下降。测试跨越了一个关键阈值：由独立物理量子位构建的逻辑量子位保持了比它所包含的任何单独物理量子位更长的相干性。

再次强调，这不是迈向超越经典机器的完全功能量子计算机的飞跃。但这是验证量子计算依赖的基本假设之一方面的真正进展。

人工智能

这些并不是唯一出现更好解决方案的领域。人工智能现在在这些系统中扮演着重要角色。它用于读取和解码来自量子计算机的信息——这是大规模使用此类机器的关键瓶颈。

人工智能还帮助开发针对这些设备定制的新量子算法。鉴于人工智能最近如何帮助解决——甚至推翻——重大数学猜想，设想人工智能在该领域也能带来突破并非牵强。

同样的技术被应用于设计采用不同架构构建的物理量子电路。在物理空间中找到量子门的最佳布局，以在量子层面最小化噪声，而不创造如此多的空白空间导致延迟或低效，是一个极具挑战性的问题。

这一因素可能极大地加速解决剩余基本问题的进程。

前景展望

最终，在我看来，归结为一个问题：增加更多物理量子位降低噪声的假设是否适用于实际计算和量子信息的主动操作？

如果该假设成立，并且近期内未被实验证伪，我相信未来十年内生产出可行的量子计算机是有现实可能性的。

巨大的资源正被投入到这个问题中。在难题的各个单独部分上有着显著——尽管并非压倒性的——进展。而且，如果某件事在根本上可能，人类通常能找到实现它的方法。

我不是说现在是恐慌的时候。但不要忽视这种可能性。

本文收录于最新一期 印刷版 《比特币杂志》，量子专题。