量子计算到底是什么？其与经典计算机的区别及对比特币的影响
什么是量子计算？量子计算机与普通计算机有何不同？这与比特币有什么关系？新入圈的比特币投资者不可避免地会遇到这些问题，并不得不面对它们所引发的议题：如果一台可行的量子计算机被研制出来，比特币的存在将面临切实的生存威胁。拥有比特币的能力基于一个基本假设：在不直接泄露私钥副本的情况下，除了持有私钥的人，任何人都无法使用由该密钥保护的币进行签名交易。量子计算让这一假设受到质疑。
量子计算机并非“更快的计算机”。它们的运作方式与经典计算机有根本不同，因此在特定类型的计算上比经典计算机高效得多。显然，我无法在短短几页内详尽解释量子计算机的工作原理，但我会给你核心直觉，说明它们与经典计算机的根本差异。让我们看看两类计算机如何处理大型加密密钥。
经典计算机
经典计算机（以下简称计算机）中存储的一切都是一系列1和0。每个比特（1或0）精确地是1或0，没有歧义。当存储数据时，是1和0；当操作或修改数据时，是一位接一位、逐步进行的。计算机线性地、一步一步地修改其存储的离散明确数据。它不能跳过或走捷径（就执行步骤而言，而非数学上更高效的算法），必须逐一执行计算步骤。
当你用计算机生成私钥时，它获取随机值（输入骰子、用户输入、硬件随机性等），并以1和0的形式存入内存。然后必须将该值乘以椭圆曲线生成点以获得公钥。这通过算法完成，归根结底是对哪些比特进行操作、如何在物理层面修改它们的指令，最终将逐位修改的新值放回内存。还有其他步骤生成地址，但本文不深入（步骤类似，都是逐步修改内存中的1和0）。
如果有人想用计算机猜别人的私钥呢？有2^256个可能的私钥。那是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种可能。计算机必须逐个尝试这些私钥（或并行尝试多个），按上述精确指令逐步生成密钥。并行检查越多，所需算力越大，且无捷径可走。算力越小，时间越长；时间越短，算力需求越大。用计算机完成此任务是不可能的：一方面计算成本耗尽全球计算机也不够，另一方面时间成本高达宇宙中所有恒星死亡前都无法穷尽。要实现目标，需要除线性或并行逐一检查外的其他方法，这就是量子计算的用武之地。
量子计算机
量子计算机不处理离散状态。信息的基本单元是量子比特（qubit）。与比特不同，量子比特处于叠加态，同时是1和0，仅在被观测时坍缩为其中之一。这是量子计算机能不同计算的关键基石之一。另一个是纠缠：量子比特并非孤立存储，代表它们的物理原子在观测坍缩时相互纠缠，意味着无论距离多远，观测导致坍缩时纠缠原子会坍缩到相同状态。
事情变得奇妙，我将略去繁琐细节，但你应直观理解为何量子计算机根本不同于经典计算机。经典计算机算法是一组指令，逐步修改特定比特直至输出新比特。量子比特在观测前存储概率而非离散状态。当有任意大小（如假设的2^256）的纠缠量子比特集时，每种可能坍缩状态有一定概率。量子算法不是逐步操作离散状态，而是操作纠缠量子比特以改变不同结果的概率。构造性干涉增加正确结果概率，破坏性干涉降低错误结果概率（注意这不是物理量子计算机难准确运行的噪声干扰，而是不同概念）。
因此，经典计算机必须逐个检查私钥以找到匹配公钥，量子计算机可运行几次正确算法即得答案。它不是“同时检查所有可能性”，只是修改叠加态坍缩的概率。这就是量子计算机能打破椭圆曲线密码学假设而经典计算机不能的原因（也解释了为何量子计算机仅对具有巨大候选空间特定计算有用）。
无需恐慌
经典与量子计算的根本差异意味着，如果真正制造出可行且运行正确的量子计算机，保障比特币持有者资金的基本假设就被打破，所有资金不安全。这确是严重风险，但我们并非毫无准备。我们理解问题、明白风险，众多解决方案正汇聚。呼吸，放松。在本期杂志其余部分，我们将带你全面了解问题。
本文刊载于最新印刷版《比特币杂志》量子专题，我们在此分享作为整期主题思想的抢先一览。