谷歌发布“柳树”量子芯片：突破30年量子纠错难题
谷歌近日发布了其最新的量子芯片“柳树”，标志着量子计算领域取得了重大突破。这款芯片成功克服了量子计算领域长期存在的难题之一：随着系统规模的扩大，如何减少错误。谷歌宣称，“柳树”解决了量子纠错领域长达30年的挑战。
“柳树”的非凡能力：5分钟完成超算10^25年才能完成的计算
在测试中，“柳树”展现出非凡的能力。它在不到5分钟的时间内完成了一项标准计算，而这项计算如果由目前最先进的超级计算机来完成，则需要10^25年，远远超过宇宙的年龄。谷歌表示，“柳树”在多个关键指标上都达到了最先进的性能，实现了两个重大里程碑。
谷歌首席执行官桑达尔·皮查伊也在社交媒体上宣布了这一消息：“‘柳树’在不到5分钟的时间内解决了一项标准计算，而这项计算需要一台领先的超级计算机超过10^25年才能完成，远远超过宇宙的年龄！”
Introducing Willow, our new state-of-the-art quantum computing chip with a breakthrough that can reduce errors exponentially as we scale up using more qubits, cracking a 30-year challenge in the field. In benchmark tests, Willow solved a standard computation in <5 mins that would…
— Sundar Pichai (@sundarpichai) December 9, 2024
破解量子纠错领域30年难题
量子纠错一直是量子计算领域的一大障碍。随着量子计算机规模的扩大，由于量子比特固有的不稳定性，错误通常会成倍增加。“柳树”改变了这一局面，它能够随着量子比特数量的增加而指数级地减少错误。这一成就被称为“低于阈值”，这是一个关键的基准，表明在系统规模扩大时，错误率可以降低。
“柳树”量子芯片在5分钟内解决10^25年才能完成的难题
谷歌团队在越来越大的量子比特阵列上测试了“柳树”，从3×3网格到5×5，再到7×7。每次测试，先进的纠错技术都将错误率降低了一半，实现了指数级的改进。这标志着量子计算领域向前迈出了历史性的一步，验证了近30年前提出的理论。
除了纠错，“柳树”还展示了超导量子系统上的实时错误管理。该芯片还展示了“超越盈亏平衡”的性能，即量子比特阵列的寿命超过了单个物理量子比特的寿命，有力地证明了整个系统正在变得更加可靠。
为了衡量“柳树”的性能，谷歌使用了随机电路采样（RCS）基准，这是一个评估量子计算机的严格标准。该基准确保系统执行经典计算机无法执行的任务。“柳树”不仅通过了这项测试，而且其结果比任何经典替代方案都要快几个数量级。
具体来说，“柳树”在不到5分钟的时间内完成了一项计算，而这项计算如果由像“前沿”这样的超级计算机来完成，则需要难以想象的10^25年。如此巨大的数字难以理解，它超过了宇宙的年龄，暗示着量子计算可能在多个平行宇宙中进行，这与我们生活在一个多重宇宙中的理论相一致，这一理论最早由大卫·德意志提出。
“‘柳树’在这项基准测试中的表现令人惊叹：它在不到5分钟的时间内完成了一项计算，而这项计算需要当今最快的超级计算机之一1025或10^25年才能完成。如果你想写出来，那就是10,000,000,000,000,000,000,000,000年。这个令人难以置信的数字超过了物理学中已知的时标，也远远超过了宇宙的年龄。它为量子计算发生在多个平行宇宙中的概念提供了佐证，这与我们生活在一个多重宇宙中的想法一致，这一想法最早由大卫·德意志提出。”
如上图所示，“柳树”的最新结果代表了谷歌迄今为止的最佳性能，预计未来还将取得进一步进展。
计算成本受可用内存的影响很大。因此，我们的估计考虑了一系列场景，从理想情况下拥有无限内存（▲）到更实用的、在GPU上可以尴尬地并行化的实现（⬤）。
虽然“柳树”的成就具有开创性，但谷歌并没有止步于此。该公司承认，经典计算机将继续改进，但量子计算机和经典计算机之间的差距正在呈指数级增长。随着谷歌扩大其量子系统规模，“柳树”的成功加强了量子计算实际应用的论据，使社会更接近于解决经典系统无法解决的问题。
这不仅仅是一项技术上的胜利，它预示着量子计算机可能重新定义可能的未来。
“柳树”对比特币的威胁：量子计算会颠覆加密货币吗？
量子计算的快速发展，例如谷歌的“柳树”芯片的突破，引发了人们对它对加密货币（如比特币）所依赖的加密系统的潜在影响的讨论。虽然量子计算机在解决复杂问题方面具有巨大潜力，但也对现有的安全协议构成了理论上的风险。本节将探讨“柳树”以及更广泛的量子计算是否对比特币的SHA-256算法构成真正的威胁，以及这对加密货币安全未来的意义。
根据目前的理解和可获得的信息：
- SHA-256和量子计算：比特币使用的哈希算法SHA-256，与RSA或椭圆曲线密码术（ECC）等加密方案相比，通常被认为更能抵抗量子攻击。这是由于哈希算法的性质，它们不太容易受到像肖尔算法这样的量子算法的攻击。
- 格罗弗算法：格罗弗算法是对SHA-256的主要量子威胁。理论上，它可以将找到哈希冲突所需的时间从2^256次操作减少到大约2^128次操作。然而，2^128次操作仍然是一项计算量巨大的任务，即使在量子计算取得重大进展的情况下，对SHA-256进行实际的量子攻击也是不可行的。
- 当前能力：谷歌的“柳树”量子芯片拥有100个量子比特，远未达到攻击SHA-256所需的规模。专家估计，能够进行这种攻击的量子计算机需要数百万个量子比特，以及在纠错技术方面取得重大突破。包括“柳树”在内的当前系统无法进行这种规模的计算。
- 量子抗性：比特币由于使用一次性地址以及SHA-256是一个哈希函数而不是加密算法，因此受益于额外的安全层。即使量子计算机理论上可以暴力破解SHA-256，但交易数据在区块链中暴露的时间窗口有限，这为这种攻击增加了实际障碍。
- 未来展望：
虽然像“柳树”这样的量子计算技术正在快速发展，但专家认为，量子计算机要达到破解比特币SHA-256哈希算法所需的规模，还需要很多年，甚至几十年。这为区块链系统在必要时采用抗量子协议提供了充足的时间。
结论
在目前的开发阶段，谷歌的“柳树”量子芯片不会对比特币的SHA-256算法构成威胁。破解比特币加密安全所需的技术仍然远远超出了当今量子计算的能力。然而，该领域的持续进步意味着这种情况在遥远的未来可能会发生变化，因此需要持续监测和准备。
以下是一个关于发布的YouTube视频。
