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量子计算将是计算技术的下一个巨大飞跃，但这也可能导致加密技术的巨大失败，我们将更详细地探索这项新技术。
量子计算和量子物理学听起来像是科幻小说中的东西：一切东西都是由波和粒子组成的，粒子可以被发送到星系的另一侧，但仍然保持连接。这是科幻小说？已经不再是了。本文探讨了什么是量子计算机以及它们可能对加密行业会造成什么样的威胁。
问题
科学家和研究人员开始利用量子物理学的力量来构建功能强大的计算机，并具有破解世界加密算法的能力。除区块链之外，量子计算还可能威胁全球金融系统，机密情报机构以及手机上所有数据的安全。
什么是量子物理学？
量子物理学也称为量子力学，是仅适用于足够小的物体以适用其规则的一种物理学。在古典物理学中，几乎所有事物都可以以可预测的方式运行——计算和测量可以精确进行。一旦您开始研究量子级别大小的物体，事情会变得更加不可预测。
不能保证量子物理学中的测量和计算都是准确的，只能使用概率来猜测。在量子水平上，粒子可以像波一样开始表现，甚至根据是否被观察而突然改变状态。在量子领域，一切都变得不确定。
什么是量子计算？
如同传统计算机是通过集成电路中电路的通断来实现0、1之间的区分，其基本单元为硅晶片一样，量子计算机也有着自己的基本单位——昆比特（qubit）。昆比特又称量子比特，它通过量子的两态的量子力学体系来表示0或1。比如光子的两个正交的偏振方向，磁场中电子的自旋方向，或核自旋的两个方向。这样的结果导致了量子计算机可以以普通计算机甚至无法接近的速度执行功能或计算，这也是为什么它们有一天可能能够破解加密货币的原因。
举一个例子：在一台普通计算机上如果我们得有四个比特，它们可以是16种组合中的任何一种，即1000、1100、1110等等（2的四次方个数），但是在进行计算时，您只能选择其中之一。但是，有了四个昆比特，它们可以同时处理这16个情况中的信息，并且所处理的数量随昆比特数成指数级增加。仅20个昆比特就可以并行存储超过一百万个值，这使量子计算机能够通过并行执行而不是一次进行计算来解决问题。
谁发明了它？
量子力学的思想可以追溯到1900年被认为是量子理论之父的马克斯·普朗克（Max Planck）进行的研究，他曾说，量子计算机将在1980年代或1970年代晚些时候问世，当时保罗·贝尼奥夫（Paul Benioff）证明有可能制造出根据量子物理学定律运行的计算机。
为什么关于量子计算如此特殊?
由于一个昆比特可以在多状态之间切换（可以是“ 1”，“ 0”或同时处于多个状态），因此昆比特可以并行或同时执行多个计算。昆比特使量子计算机能够如此迅速地处理复杂的计算，以至于普通计算机要花费超过五亿年才能破解比特币的加密秘钥，而量子计算机则可以在不到10分钟的时间内破解它。
“量子计算机内工作的确切物理机制在理论上有些复杂，而且直观上令人不安。我们可以用量子物理学的多世界理论来解释它，其中计算机不仅在我们的宇宙中而且还在其他宇宙中同时执行计算。” -安德鲁·齐默曼·琼斯（Andrew Zimmerman Jones）（《String Theory for Dummies》的作者）
如何制造量子计算机？
传统的计算机实质上由管理电子流的数百万个微型开关组成。但是，当我们将这些门缩小到亚原子水平时，控制电流是否流过门的能力变得有些奇怪。通过一个称为量子隧穿的想法，当我们到达亚原子水平时，电子可以随意跳过闸门，从而使机器处理这种流动的能力变得毫无用处。 这导致量子计算机的制造方式大不相同。
它们在亚原子粒子的奇异而奇妙的世界中工作，在量子世界中，昆比特会做奇怪的事情，例如同时处于16个状态中的任何一个状态，直到观察到它们坍缩成一个状态为止。结果，与传统计算中使用的“逻辑门”相对，“量子门”经历了一个过程，该过程设置了一些量子位，将量子门应用于“纠缠”它们，操纵了可能的概率，然后测量结果。没听懂吗？ 是的，这是一个真正的头脑风暴。
但是，您需要了解的是，为了能够控制此过程，例如，谷歌正在使用一种特殊的超导金属，该金属的工作温度比普通环境低很多倍，与放在桌上的计算机相去甚远。结果，量子计算机不太可能在几年内离开实验室。
我应该担心量子计算机破坏加密技术吗？
据以太坊创始人Vitalik Buterin和加密传教士Andreas Antonopolous等聪明人称，目前还没有必要对量子计算机感到惊慌。据Antonopolous称，量子计算机目前还远没有强大到足以破坏比特币之类的东西。
从理论上讲，量子计算可以破解加密技术比如像比特币和以太坊这样的加密资产，但是Buterin认为，像Google宣布的那样，相比于完全实现的技术，当前的量子计算机更像是一种概念。当前在主要区块链中使用的加密技术可能也足够强大，甚至可以抵抗完全实现的量子计算机，这意味着并非所有的加密技术都容易受到攻击。
量子计算机不仅可以用来破解密码，而且还可以帮助构建更强大的加密。为以太坊等区块链抵制量子计算机的技术也已经开始准备。
加密货币教父、首个数字货币（Digicash）创始人David Chaum在谈及“谷歌量子计算机进展”时表示：“谷歌获得量子优势的消息，增强了我的信念，即量子计算即将到来，因此，我认为我们都应该使用抗量子的方法。” Chaum表示比特币在量子计算机对其密码完整性构成真正威胁之前仍有时间。此外，Chaum自己也在推进Praxxis项目，这是一种使用抗量子签名区块链，可保护用户不受任何元数据泄漏的影响。
未来
诸如Praxxis和QAN之类的抗量子区块链已经在开发中，以准备潜在的量子攻击。我们可以放心地知道，即使量子计算机开始占领世界，我们的加密货币也将是安全的。比如，比特币代码也很可能在量子计算机实现之前更新了抗量子计算机的代码。
另外，比特币有三个地方用到加密算法：
1、私钥到公钥用的是 ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)，椭圆曲线数字签名算法。
2、公钥到地址，用的是RIPEMD-160，SHA256两种算法, 依次哈希一遍。
3、工作量证明 proof of work（PoW)，用的是SHA256算法。
通常人们担心量子计算会首先反向解密的，是 ECDSA算法，这理论上可以通过网络上暴露的公钥，反推私钥。但是，第一，如果每个地址只用一次，公钥暴露了也不怕反向解密，所以不怕攻击。大部分钱包软件都是一个地址只用一次。第二，从某个量子计算技术显示有潜力破解 ECDSA算法，到真正能够破解 (花亿万资金在特定实验条件下几个月破解)，到真正可以很少钱几分钟破解，每个阶段都是个漫长的过程，至少几年甚至更长。
而在这期间，万一，真的量子计算机提早到来，这种反向解密的算法技术，或许我们更应该担心的是整个互联网体系、金融体系，他们可能更容易遭受到更大的威胁吧。
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