谷歌72位元量子計算機，比特幣還安全否

在今年於洛杉磯舉辦的美國物理學會年會上，Google放了一個大招，發布全球首個72 位量子比特通用的量子計算機Bristlecon，實現1% 的低錯誤率，與谷歌之前涉及的9 量子位元通用的量子電腦持平。這款處理器不僅能夠幫助科學家進行量子模擬的探索，也能夠在量子優化和量子機器學習上有所應用。

Google相關人員表示：

我們謹慎且樂觀地認為，Bristlecone 可以實現量子霸權（Quantum Supremacy）。

Google最新量子處理器Bristlecon

關於這台量子計算機，我們可以了解以下幾點概念：

量子霸權

“量子霸權”也稱為“量子優越性”，這個詞涉及量子電腦在某些類型的方程式上超越經典超級電腦的能力。具體來說，50 量子位元的量子電腦優於現在的任何一台經典電腦。達到量子霸權才算真正意義的量子電腦。不過，測量量子處理器的性能以確定量子霸權是否已經實現的度量標準也是量子物理學家之間爭論的焦點。

眾所周知，量子電腦的運算能力大大超過最先進的超級電腦的能力。有專家認為，這可以說是量子晶片發展的一大步，量子以二維佈局排列，使得控制系統變得更加複雜。這更接近實現表層編碼所需的條件，即操縱量子系統中的量子以執行有用計算的能力。 Google 相關工作人員認為，此次發布的新處理器不僅將實現量子霸權，而且谷歌已經開發出一種基準測試工具來衡量量子電腦是否已經達到量子霸權的標準。這個測試可以將隨機單一量子電路應用於處理器，並測量經典模擬的輸出。

Bristlecone

這台電腦由Google量子AI 實驗室（Google Quantum AI lab）開發，基於Google 研究人員開發的九位元矩陣，類似於松果的外形，因此被命名為Bristlecone（狐尾松）。谷歌量子AI 實驗室的目標是建造可以用於解決真實世界問題的量子計算機，他們的研究策略是在可以和大規模、通用化、可糾錯的量子計算機向前兼容的系統上探索短期解決方案。

晶片結構示意圖，每個「X」代表一個量子位元，相鄰最近的量子位元之間相連

為了讓量子處理器運行經典模擬演算法以外的演算法，它當然需要更多的量子位元（qubit）數目，但它還需要更多。最關鍵的是，這個處理器必須在讀取以及單、雙量子位元閘之類邏輯操作中保持很低的錯誤率。

量子位元

量子位元是數位位元的量子類比形式，是傳統電腦處理的最小資訊單位。然而，數位位元是二進位的，只能在 0 和 1 之間選擇。而量子位元可以存在於疊加的狀態中（其值可以是 0、1 或其他組合）。如果是N個量子比特，理論上可以同時儲存 2^N 的資料。例如 250 個量子位元可儲存的資料就是2^250，這個數字比已知宇宙所有原子加起來還要多。量子計算機在進行運算時，可以同時計算2^N的數學運算，相當於經典計算機要重複2^N的計算。由此可見，量子電腦可以節省大量的時間和計算單元，讓量子電腦可以查詢資料庫、分解大素數或創建複雜的科學模型，而且比超級電腦更有效率更準確。

量子位元數

但是創建一個大型的量子電腦不僅僅是將一堆量子位元串在一起那麼簡單。創建量子位元陣列是一項具有挑戰性的任務。通常需要特殊材料，需要昂貴的雷射設定和/或極端的環境條件才能創建成功並正常運行，這取決於量子位元是基於離子、自旋半導體還是基於 Google 處理器或超導電路。

要注意的是，量子位元本身對雜訊環境幹擾非常敏感，非理想環境可能會導致量子位元的狀態出現問題，因此非常容易出錯。以最小的錯誤率創建強大的量子位元陣列是物理學家和功能強大的量子電腦之間最大的障礙之一。

錯誤率

由於量子的狀態非常不穩定，所以只有50 個量子位元是遠遠不夠的，因為量子位元的量子糾纏會出錯，只有足夠的量子位元和低的錯誤率才能達到真正意義的量子霸權。

安裝 Bristlecone

這台72 位元量子電腦所使用的量子位元矩陣（與先前的9 量子位元通用量子電腦）能夠實現1％ 的讀取錯誤率、0.1％ 的單量子位元閘錯誤率和0.6％ 的雙比特門錯誤率。量子位元閘就是量子閘（也叫量子邏輯）是基本的，操作一個小數量量子位元的量子線路 。它是量子線路的基礎，就像傳統邏輯閘跟一般數位線路之間的關係。常見量子閘針對一個或兩個量子位元進行邏輯運算，最終產生單一輸出。

量子電腦可能破解比特幣

目前量子電腦只在科研領域有所應用，但如果真如Google 實驗室所言，Bristlecone 能達到量子霸權，那麼比特幣等基於區塊鏈技術的虛擬貨幣可能將被破解。

根據區塊鏈中少數服從多數的原則，一旦礦工擁有 51% 的算力，其他後續礦工將無法繼續獲得比特幣。而未來隨著量子電腦量子位元的成長，區塊鏈採用的非對稱密碼演算法，也就是公鑰密碼系統也會受到更大的威脅。

透過使用量子計算機，可以實現反向運行用公鑰推定私鑰的過程，每個人的私鑰都會被量子計算機輕易推斷出來。外媒Motherboard 認為一個4000 量子位元的量子電腦就可以瓦解區塊鏈，也就是說哪個人或團隊先做出並應用這樣的量子電腦就可以解出並驗證每一筆交易，未來會產生的還所有未流通的加密貨幣都會被其壟斷，加密貨幣的信任系統將被瓦解。詳情請參閱 FreeBuf 的專題文章：量子運算從概念走入現實，公鑰加密是否岌岌可危。

嚴格意義上講，量子電腦的問世會威脅到現有體系所有的加密學，將改寫整個金融和銀行業的安全防護。

不過，許多科學家認為量子電腦並不能取代經典電腦。因為量子電腦的計算特徵決定了它只能應用在少數領域中，而經典電腦的工作範圍遠遠超過量子電腦。

但是，各位區塊鏈技術開發者也要加強警戒了，Google這台量子電腦一出，預示著未來的區塊鏈領域可能會出現翻天覆地的變化。