最近，這個這頭狼又頻頻出現(xiàn)新動向。有媒體報道，微軟研究人員昨天在Nature發(fā)文，給出他們發(fā)現(xiàn)天使粒子——馬約拉納費米子（2017年7月張首晟團隊首次發(fā)現(xiàn)）存在的有力證據(jù)，他們在特殊的導(dǎo)線中將電子分為兩半，這將會大大推動拓?fù)淞孔佑嬎銠C的研制。還有，前段時間谷歌推出的一款72量子比特的通用量子計算機。

這是物理學(xué)家用來發(fā)現(xiàn)Majorana粒子最清晰信號的裝置。中間的灰線是納米線，綠色區(qū)域是超導(dǎo)鋁條。

這些報道在向讀者暗示：量子計算機可能快要問世，區(qū)塊鏈技術(shù)會被攻克。網(wǎng)上就流傳這樣一個觀點：4000量子比特“拆解”區(qū)塊鏈。

量子計算機時代是否真就意味著區(qū)塊鏈?zhǔn)チ松鎯r值？

量子物理學(xué)的世界非常詭異。

假設(shè)某幣圈大佬“投誠”回國，有關(guān)部門找他談話問他：交代一下某事之前你在何處？

如果按照經(jīng)典物理，該大佬不在國內(nèi)，就在國外，或者在去國外的路上。如果按照量子物理，他不在國內(nèi)，就在國外，甚至有一定概率處在國內(nèi)，也有一定概率處在國外，但是他絕對不可能在去國外的路上。

也就是說，在量子世界里幣圈大佬能夠以詭異的狀態(tài)存在。如果真有這么個幣圈“大佬”有超能力進入到量子物理世界，有關(guān)部門都不能夠發(fā)現(xiàn)他，因為他在這個世界里的每一處都不是固定的，僅僅是有一定的可能性而已。

量子物理世界還有一個有意思的現(xiàn)象是量子糾纏。

假設(shè)有關(guān)部門和幣圈大佬都是在量子物理世界的兩個粒子，不管該大佬跑到哪里，有關(guān)部門都能夠察覺到他一舉一動。假設(shè)該幣圈大佬跟國外馬斯克很熟悉，便央求他說：馬老弟，我花一百個比特幣助我上天去火星，可行？

馬斯克發(fā)現(xiàn)比特幣沒像最近跌的這么厲害，如李逵抱拳對宋江的樣子說道：哥哥，現(xiàn)在天朝查得緊，這種江湖救急之事怎可推脫，別說一百個比特幣了，兩百個也干啊。

于是大佬坐上馬斯克的火箭去殖民火星了，但就算這樣，有關(guān)部門也能發(fā)現(xiàn)該大佬的行蹤。這就是量子糾纏的神奇現(xiàn)象，兩個粒子不管在何處，哪怕宇宙盡頭都能相互影響。這就叫緣分如量子糾纏。

這些量子物理世界一些有趣的原理，而依照如此神奇的原理制造的計算機就叫量子計算機。

而回歸到量子計算機運行的物理過程，就是單量子尺度上的原子－光子相互作用。也就是說，量子計算機是用“原子”和光子做的。這里的“原子”既可以是天然原子，也可以是固體系統(tǒng)中的“人造原子”；光子有的在光學(xué)頻率，有的在微波頻率。

量子力學(xué)主要是微觀粒子的科學(xué)。但是在它創(chuàng)立之初，科學(xué)家們沒有能力在實驗上控制單個微觀粒子，以至于玻爾、海森堡、薛定諤、愛因斯坦這一代前輩們只能在腦子里做單個粒子的思想實驗，例如關(guān)著一個光子的盒子、觀測單個電子的顯微鏡之類。真的在實驗中做到這些一度被認(rèn)為是根本不可能。直到后來實驗技術(shù)條件進步后，人們才實現(xiàn)首個原子和光子之間的非破壞測量與控制。

在理論上，每一種高度可控的單量子系統(tǒng)理論上都有可以作為量子計算機的基本組成。然而在實際中，不同的物理方案的差別很大。目前主要的量子計算實驗系統(tǒng)主要有以下幾種：

• 離子阱
• 超導(dǎo)量子電路
• 固體缺陷（金剛石色心、碳化硅色心等）
• 半導(dǎo)體量子點
• 拓?fù)淞孔佑嬎?/li>

但是目前發(fā)展最領(lǐng)先的量子計算實驗系統(tǒng)有兩種——離子阱和超導(dǎo)量子電路，而其他的量子計算實驗系統(tǒng)都存在較大的缺陷。

前文提到的，微軟研究員發(fā)現(xiàn)馬約拉納費米子可以用來制造拓?fù)淞孔佑嬎銠C，在目前只能說是一種理論上的構(gòu)想。因為，現(xiàn)在僅是發(fā)現(xiàn)了這個粒子，還不能對其進行更有意義的量子操作。這就好比在伽利略時代有人通過望遠鏡發(fā)現(xiàn)火星，然后就開始嚷嚷我們要登錄火星，兄弟這不現(xiàn)實啊。

盡管離子阱和超導(dǎo)量子電路方案是目前發(fā)展最好的，但這并不意味著能夠很快制造出量子計算機。量子計算最大的麻煩在于量子測量，即使用世界最先進的儀器測量量子都是困難重重。另外，單量子水平的測量一般都要改變粒子的量子態(tài)，甚至直接毀滅粒子。

在說量子計算“拆解”區(qū)塊鏈之前，先給大家介紹一下目前網(wǎng)絡(luò)加密方法。

在互聯(lián)網(wǎng)上聊天、買東西都需要密碼技術(shù)進行保證，而目前人們采用的大部分加密都是由一個叫RSA算法完成。這個算法原理簡單解釋是，3乘以5得出15是很簡單的，可反向地進行因式分解15是3和5相乘得到的則很難。

這個3和5就相當(dāng)于用戶手中的密鑰，15就相當(dāng)于公開密鑰。你可能會說對15進行因式分解有什么難的，但是區(qū)間集想告訴你，如果對400位整數(shù)進行因式分解，即使用這個星球上最好的超級計算機也需要60萬年才能夠算出來。

這就是現(xiàn)在區(qū)塊鏈能夠保證安全的密碼學(xué)基礎(chǔ)。但是，如果有個牛人造了一臺的量子計算機，那么確實在很短的時間內(nèi)密碼就會被攻破。比如，上面提到的對400位整數(shù)進行質(zhì)因數(shù)分解的話，大概需要三個小時就完成。

量子計算機為什么這么快？

主要是量子計算機和現(xiàn)在計算機的計算思想不一樣。比如，你在微信上搜索“區(qū)間集”加關(guān)注，那么騰訊后臺收到你的指令后，有個“人”就開始在微信數(shù)據(jù)庫里挨個找區(qū)間集，然后把結(jié)果告訴你。

但是量子計算不是。量子計算是有一群人幫你找。就好像這個“人”會分身術(shù)，瞬間裂變了成十多萬、上百萬人在微信數(shù)據(jù)庫里找“區(qū)間集”，效率一下子提升十多萬倍、上百萬倍。

不過，要想實現(xiàn)這個理想，這個牛人估計至少還要花十幾年，甚至幾十年時間才能早出這樣一臺量子計算機。這難度和通過人造太陽實現(xiàn)清潔能源估計不相伯仲。

那么，你可能會問，谷歌現(xiàn)在已經(jīng)造出了72個量子比特的計算機，雖然離4000個量子比特有點差距，至少不是那么的可望而不可即吧。

確實，4000個量子比特從原理上有可能瓦解區(qū)塊鏈，并非空口妄談，但是區(qū)間集又不得不再次潑冷水，這4000個“量子比特”可不是谷歌現(xiàn)在對外宣稱的量子比特。

普通的計算機以比特（bits）作為計算單位，即二進制位01。例如在空中拋下一枚硬幣，要么是正面，要么是反面，只有0或1兩種可能的狀態(tài)。

量子計算機使用的是量子比特，它同樣可以設(shè)成0和1。一個量子比特可以是任何二階的量子系統(tǒng)，像是自旋和磁場，或是單一的光子，0和1是系統(tǒng)中可能存在的狀態(tài)，就像是光子橫向或縱向的偏振。簡單的理解是，量子比特不只是01兩種狀態(tài)，而可能是00、01、10、11四種可能的狀態(tài)。

而嚴(yán)格意義上講，量子比特分為兩種：物理量子比特和邏輯量子比特。單獨的天然原子或者人造原子稱為物理量子比特，而邏輯比特是由多個物理量子比特糾纏形成的。

雖然物理量子比特和邏輯量子比特“兩兄弟”名字只兩個字不同，但是有著天差地別的差距。物理量子比特壽命大都只有幾十微秒，只能在相干時間內(nèi)做一些簡單的運算；而邏輯量子比特的時間會遠超物理量子比特的相干時間，這才能真正意義上實現(xiàn)量子計算。

所以，當(dāng)下量子計算最大的挑戰(zhàn)就是實現(xiàn)邏輯量子比特，而不是像谷歌、IBM等在一塊芯片上的集成多少個物理量子比特。有專家曾表示，目前全世界沒有任何的實驗系統(tǒng)做出邏輯量子比特。對于各大科技巨頭競爭物理量子比特，圖靈獎得主、中科院院士姚期智曾誠懇的評價道：

這些當(dāng)然令人興奮，但這離實用還差得很遠，大家都還沒有考慮怎么糾錯，因為在量子計算機里面糾錯是一個非常難的問題，我們可以看到我們現(xiàn)在走到了最后一公里，但也是非常長的一段路程。

當(dāng)然，這種可能性不是沒有，如果回顧人類技術(shù)發(fā)展歷史也證實了這點。

一開始智人只會玩石頭，玩了幾十萬年，突然之間就開竅，開始用自己制造的工具在地球上開荒種地。在種了約一萬年后，不知道哪根筋又抽了一下，到了18世紀(jì)人類不想只種地了，開始研究科學(xué)。于是技術(shù)第一次出現(xiàn)大爆炸，開始了第一次工業(yè)革命。沒過多久人類仿佛是受到上天眷顧，再次開竅，技術(shù)第二次出現(xiàn)爆炸，開始了第二次工業(yè)革命。到現(xiàn)在，處于第三次工業(yè)革命的進程中。

如果人類技術(shù)是按照線性發(fā)展，就不可能有如此多的跳躍式技術(shù)爆炸。所以不能保證人類哪天不會又開始“抽筋”，讓量子計算技術(shù)突飛猛進的發(fā)展。

但是，區(qū)間集想說，首先這畢竟是個小概率事件；其次即使量子計算機很快被研制出來，從解決辦法的角度，大家也不用過分擔(dān)心，“攻守”是一場競賽。

盡管比特幣的共識算法是利用工作量證明機制（Proof of Work），量子計算是可以瓦解這種機制，其龐大的算力可以形成算力壟斷，但這并不代表其他的區(qū)塊鏈都會被量子計算攻克。

因為很多其他加密貨幣的共識算法都不是以算力挖礦為基礎(chǔ)，例權(quán)益記賬、代表記賬、隨機記賬等。此外，還有 Paxos 和 Raft 傳統(tǒng)分布式一致性算法可以運用，這些共識協(xié)議在很大程度上可以抵御量子計算攻擊。所以，如果量子計算確實產(chǎn)生威脅，區(qū)塊鏈可以通過切換共識協(xié)議來解決。

還有，關(guān)于量子計算機時代如何保密的問題人們早已經(jīng)開始研究?，F(xiàn)在主流的方案是抗量子密碼體制，即可以防止量子計算機攻擊的密碼體制，主要包含基于編碼的算法、基于多變量多項式的加密算法、基于安全散列函數(shù)的算法、格加密算法等。

現(xiàn)在各國都在積極應(yīng)對量子計算機對現(xiàn)有密碼體系的威脅。特別是美國，在2015 年8 月，美國國家安全部已經(jīng)公開宣布，啟動抗量子計算攻擊密碼算法標(biāo)準(zhǔn)化工作，并逐步將美國信息安全遷移到“抗量子秘密時代”。

根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的計劃，預(yù)計在2022 -2023 年，完成抗量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法起草并發(fā)布。也就是說，在未來的4-5年時間內(nèi)，人類就可能擁有抗量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法。而這相比于于量子計算機遙遙無期的研發(fā)周期，時間無疑要提前很多。也就是說，在量子計算時代到來之前，人們完全有時間讓區(qū)塊鏈更換新的加密方式，以應(yīng)對算力爆炸式增長的挑戰(zhàn)。

所以，不論從量子計算機發(fā)展速度的角度，還是后量子時代人們?nèi)绾螒?yīng)對量子計算的挑戰(zhàn)，大家都不必過分擔(dān)心，倒是有些公司用區(qū)塊鏈、量子計算等詞匯“站臺”，偽裝成“高大上的新興產(chǎn)業(yè)”是需要大家警惕。

這樣例子在資本市場并不鮮見，經(jīng)常有上市公司更換公司名稱以博取眼球。幾年前，P2P火熱時候，有個叫多倫股份便更名匹凸匹。最近區(qū)塊鏈、量子計算大熱之后，據(jù)說在市場上和區(qū)塊鏈相關(guān)的公司名稱被炒到了8萬元一個，甚至有公司直接叫“量子鏈”，實際上其業(yè)務(wù)和量子計算一點關(guān)系都沒有。

zhangnn