区块链产业可能面临风险。
——Quantum Computing vs Blockchain Cryptography - Facts, Myths, and Synergies
量子计算对区块链网络的最大威胁是它打破传统加密的能力。
谷歌在互联网上引起了轩然大波，当它宣称已经建立了一台量子计算机，能够解决以前不可能的数学计算时——一些人担心区块链产业可能面临风险。
1.什么是量子计算?
量子计算是基于量子理论原理的技术。量子计算机，遵循量子物理定律，将获得巨大的处理能力，通过在多种状态的能力，同时使用所有可能的排列执行任务。
经典计算和量子计算的比较
经典计算在其终极层次上依赖于布尔代数所表达的原理。在任何时间点或位上，数据都必须以独占的二进制状态进行处理。虽然每个晶体管或电容器在切换状态之前需要处于0或1（十亿分之一秒），但是这些设备切换状态的速度仍然是有限的。
随着我们向更小、更快的电路发展，我们开始达到材料的物理极限和应用经典物理定律的极限。在量子计算机中，一些基本粒子(如电子或光子)的电荷或极化可以用来表示0和/或1。这些粒子中的每一个都被称为量子比特，或者量子位，这些粒子的性质和行为构成了量子计算的基础。
量子叠加和纠缠
量子物理学中两个最相关的方面是叠加和纠缠原理。
叠加:把量子比特想象成磁场中的电子。电子的自旋可能与场一致，即自旋向上的状态，也可能与场相反，即自旋向下的状态。
根据量子定律，粒子进入态的叠加，即它的行为就好像同时处于两种状态。每个量子位可以采取一个重叠的0和1。
纠缠:在某一点上相互作用的粒子保留，知道一个纠缠粒子的自旋状态-向上或向下-可使人们知道其配对对象的自旋方向相反。量子纠缠使相隔不可思议的距离的量子位彼此瞬时相互作用（不限于光速）。
无论相关粒子之间的距离有多远，只要它们是孤立的，它们就会纠缠在一起。量子叠加和纠缠在一起可以极大地增强计算能力。普通计算机中的2位寄存器在任何给定时间只能存储四个二进制配置（00、01、10或11）之一，而量子计算机中的2量子位寄存器可以同时存储所有四个数字，因为每个量子位代表两个值。如果添加更多的量子比特，增加的容量将呈指数增长。
2.量子计算机的难题
干扰
在量子计算的计算阶段，量子系统中最轻微的干扰(比如杂散的光子或电磁辐射波)都会导致量子计算崩溃，这一过程称为脱相干。在计算阶段，量子计算机必须完全与外界的干扰隔绝。
误差修正
考虑到量子计算的本质，误差修正是超临界-即使是计算中的一个错误都可能导致整个计算的有效性要崩溃。
输出仪式
与上述两者密切相关，在一个量程之后检索输出数据计算是完全有可能破坏数据的。
3.什么是量子霸权?
据英国《金融时报》报道，谷歌声称已经成功建造了世界上最强大的量子计算机。根据谷歌的研究人员的说法，这意味着普通计算机需要1万年以上才能完成的计算，它的计算机可以在大约200秒内完成，这意味着区块链及其背后的加密算法可能被破解。
加密货币中使用的非对称加密术依赖于密钥对，即私钥和公钥。公钥可以从它们的私钥计算，但反过来不行。
这是由于某些数学问题不可能解决的缘故。量子计算机在这方面的效率更高，如果用另一种方式计算，那么整个方案就会失效。
但目前看来，谷歌离制造一台可能对区块链密码学或其他加密技术构成威胁的量子计算机还有一段路要走。
“谷歌的超级计算机目前有53个量子位，”伦敦帝国理工学院的量子计算和加密研究员Dragos Ilie说。
“为了对比特币或其他大多数金融系统产生影响，至少需要1500个量子位，而且系统必须考虑到所有这些量子位的纠缠，”Ilie说。
同时，根据Ilie的说法，扩展量子计算机是“一个巨大的挑战”。
包括比特币架构在内的区块链网络依赖于两种算法:用于数字签名的椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)和作为哈希函数的SHA-256。量子计算机可以使用Shor算法从你的公钥中获取你的私钥，但最乐观的科学估计认为，即使这是可能的，这十年也不会发生。
“在量子计算机上，一个160位的椭圆曲线密钥可以用大约1000个量子位来破解，而在安全方面，RSA的1024位模数需要2000个量子位”。
相比之下，谷歌微不足道的53比特仍然无法与这种密码术匹敌。虽然区块链应用程序使用的本地加密算法目前是安全的，但事实是量子技术的进步速度正在加快，假以时日，这可能会构成威胁。“我们预计他们的计算能力将继续以双指数速度增长，”谷歌的研究人员说。
4.抗量子加密技术
量子密码学利用物理学来开发一个完全安全的密码系统，在发送者或接收者不知道消息的情况下，不会受到攻击。
量子这个词本身指的是物质和能量的最小粒子的最基本行为。
量子密码学与传统密码系统的不同之处在于，它的安全模型更依赖于物理而不是数学。
从本质上讲，量子密码学是基于利用单个粒子/光波(光子)及其固有的量子特性来开发一个不可攻破的密码系统(因为不干扰该系统就不可能测量任何系统的量子状态)。
量子密码学使用光子来传输密钥。一旦密钥被传输，就可以使用普通的密钥方法进行编码和编码。
“如果做到了，没有黑客能黑掉这个系统。问题是正确地建造它很难，”苏黎世理论物理研究所的物理学家雷纳托·雷纳说。
常规的非量子加密可以以多种方式工作，但通常情况下，消息是被打乱的，只能使用密钥进行解密。关键是要确保你想要隐藏你的信息的人不会拿到你的密钥。在现代密码系统中，破解私钥通常需要计算出一个数字的因数，这个数字是两个大得离谱的素数的乘积。
这些数字被选得如此之大，以至于在给定计算机处理能力的情况下，一个算法分解它们的乘积所需的时间将超过整个宇宙的寿命。
加密技术有其弱点。某些产品——称为弱键——碰巧比其他产品更容易分解。此外，摩尔定律不断提高我们电脑的处理能力。更重要的是，数学家们在不断地开发新的东西允许更容易因式分解的算法。
量子密码学避免了所有这些问题。在这里，密钥被加密成一系列光子，这些光子在试图共享机密信息的双方之间传递。海森堡测不准原理指出，对手无法在不改变或摧毁光子的情况下观察它们。
新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室从事量子密码学研究的物理学家理查德·休斯(Richard Hughes)说:“在这种情况下，不管对手有什么技术，他们永远都无法打破物理定律。”
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