量子計算解說：它與經典電腦的差異以及為何對比特幣至關重要

究竟什麼是量子計算，它與一般電腦有何不同？又為何比特幣用戶需要關心？

比特幣的新手經常會遇到這些問題，並且必須應對這些擔憂——如果一台可運作的量子電腦被建造出來，比特幣可能面臨真正的存亡危機。

擁有比特幣的能力取決於一個基本前提：除非私鑰直接洩露，否則只有私鑰持有者才能授權涉及該金鑰所保護幣的交易。量子計算挑戰了這個前提。

量子電腦不僅僅是「更快但仍是電腦」。它們的運作基礎與經典電腦截然不同，因此在非常特定類型的計算上遠為高效。顯然，詳細的量子計算技術解釋超出本文範圍，但將概述它們與經典機器差異的核心概念。

思考每種電腦如何處理大型加密金鑰。

經典電腦

經典電腦中的每一筆資料都以 1 和 0 的序列表示。每個位元明確地是 1 或 0。資料以位元為單位，一步一步地儲存、操作和修改，一次一個位元。

電腦以線性方式運作。它一個步驟接一個步驟地修改離散、明確的資料片段。它無法跳過或抄捷徑；必須依序執行每個計算步驟。

當電腦生成私鑰時，它會取得一個隨機值，並以 1 和 0 的形式儲存在記憶體中。然後將該值乘以橢圓曲線的生成點，以產生公鑰。這是透過演算法完成的——本質上是關於取哪些位元、如何修改它們、以及使用哪些物理電路的指令，最終將新的修改後的值放回記憶體。

產生有效地址需要額外步驟，但對本討論而言並非必要。它們遵循相同模式：逐步修改記憶體中 1 和 0 的指令。

如果有人想用電腦猜測他人的私鑰呢？

可能的私鑰總數為 2^256——即 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 種不同的可能性。

電腦需要逐一測試每一個私鑰（或盡可能平行測試），遵循完全相同的金鑰生成指令。平行檢查的金鑰越多，所需的運算能力就越大，而且這個成本無可避免。

較少的運算能力意味著更多時間；較少的時間則需要更多運算能力。

對於經典電腦來說，這是一項不可能的任務。一方面，運算成本超過地球上所有電腦的總和。另一方面，所需的時間極其漫長，宇宙中的恆星都會在檢查完所有金鑰之前熄滅。

要成功，需要一種不同的方法——一種不依賴線性或平行檢查金鑰的方法。這就是量子計算登場的地方。

量子電腦

量子電腦不以離散狀態運作。雖然最終一切仍然是 1 或 0，但基本資訊單位是量子位元。與位元不同，量子位元存在於疊加態中，同時是 1 又是 0。只有在被觀測時，它才會坍縮到一個確定的狀態。

疊加是關鍵構件之一。另一個是糾纏。量子位元不是孤立儲存的；代表它們的物理原子會糾纏在一起。當被觀測並坍縮時，糾纏的原子會坍縮到相同狀態，無論距離多遠。

到此，解釋變得有些模糊，但基本直覺仍然成立。經典演算法是一組指令，接受特定位元並逐步修改，直到輸出新的一組位元。它將一個離散狀態轉換為另一個。

量子位元在被觀測之前並不儲存離散狀態。它們儲存機率。當任意大小的量子位元（假設為 2^256）被糾纏時，每個可能的坍縮狀態都有一定的發生機率。

量子演算法不是針對離散狀態逐步操作的指令。相反，它們是操作糾纏量子位元以改變不同結果機率的指令。建設性干涉提高正確結果的機率，而破壞性干涉降低錯誤結果的機率。（這與使建造功能性量子電腦變得困難的物理雜訊不同。）

經典電腦必須逐一檢查每個私鑰，才能找到與給定公鑰匹配的那一個。量子電腦使用正確的演算法，可以運行少數幾次就得出正確答案。它並非「同時檢查所有可能性」。它只是調整疊加態坍縮成什麼的機率。

這解釋了為什麼量子電腦可能打破橢圓曲線加密的假設，而經典電腦卻不能。也解釋了為什麼量子電腦僅對某些具有巨大可能答案空間的問題有用。

別慌張

這種根本差異意味著，如果一台可行且正常運作的量子電腦被建造出來，那麼保護每個比特幣持有者幣的基礎假設就會被打破。所有這些資金都將變得不安全。

是的，如果這樣的設備真的被製造出來並能運作，這是一個嚴重的風險。但社群並非完全沒有準備。問題和風險已被理解，並且針對這個問題各個方面的許多潛在解決方案正在成形。

深呼吸，放輕鬆。本期其餘部分將完整探討這個問題。

本文收錄於最新一期 Bitcoin Magazine 印刷版《量子議題》。在此提前分享，作為對整期內容所探討概念的初步介紹。