当今世界的技术不断发展，新的创新、想法、技术和现有技术日新月异。量子计算是当前最杰出的发明之一。这个新一代计算机系统优于我们长期以来使用的二进制系统。

什么是量子计算机？

量子计算机是利用量子力学原理来存储和处理数据的系统。量子计算机不是使用传统的数位，而是使用能够同时以1和0的状态共存的量子位。

两个数位有四种可能的组合，一次只能保存一个组合，而一对量子位能够同时存储所有四种组合。这意味着他们能够处理更多数据。

什么是量子计算？

量子计算是计算机科学的一个新领域，它使用量子理论的思想来解决数学问题和运行量子模型。量子计算应用电子或光子等亚原子粒子，并将它们与量子位配对，让这些粒子一次处于多个状态。

这意味着相连接的量子位可利用它们的波状量子态之间的干扰来执行普通二进制计算机无法处理的计算。在20世纪80年代，人们发现可以使用量子算法而不是当前的二进制计算机来处理特定的计算问题，从而引入了量子计算。

量子计算能算出很多不同的可能性，并找到多个难题的可能答案。普通系统以位的形式存储信息，而量子计算机利用量子位多维地应用1和0的量子阶段存储信息。

量子计算机如何运作？

量子计算机与传统计算机大不相同。量子计算机不遵循我们习惯的传统二进制位的信息处理方式，而是利用量子位处理信息。

量子位有一种称为叠加的状态。这种状态是量子系统在被测量之前同时处于多个状态的能力。量子计算机使用多种算法来测量和观察。用户能使用这些算法，然后计算机会创建一个多维空间，用于存储模式和数据点。

来源：「Towards Data Science」平台

促成量子计算机工作原理的一个主要因素是计算机的物理构造。标准的量子计算机由三个主要部分组成。第一部分是负责编程并向量子位发送指令的传统计算机和基础设施。

第二部分是将信号从计算机传输到量子位的选定方法。第三部分是用于保护量子位的存储单元。该存储单元必须配备稳定量子位所需的工具。存储单元必须满足某些需求和要求，例如达到接近绝对零度的真空室。

最后一部分是必要的，因为量子位需要高端的维护。任何微小的问题都可能导致量子态丢失或量子位的退相干。因此，哪怕是最轻微的振动和温度变化都必须防止，以避免量子位丢失。

量子计算的作用

传统的计算系统用于解决几个问题并执行不同的计算。在这方面，量子没有什么不同，同样能应对这些挑战。量子计算有多个用例，例如人工智能、提供金融服务和复杂制造。

人工智能

与传统系统相比，量子计算能以更快的速度分析和处理大量数据，这使其成为应用于人工智能的更好选择。量子计算机能够发现传统系统难以或不可能识别的模式，能以人类和传统系统无法做到的方式收集、组合和重新排列现有的想法。

提供金融服务

金融业是需要量子计算机处理能力的领域之一。金融机构必须整理的大型数据集将由量子计算机处理。这让多个金融部门受益，例如资本市场、企业融资、投资组合管理等都运用了量子计算。最后，有了量子计算的处理能力，从实时股票价格收集的大量数据将更容易传播，因为量子计算机在具有实时数据流的领域蓬勃兴起。

复杂制造

量子计算机能从不成功的制造过程中收集大量数据集，并将它们转化为不同的挑战组合。当这些与量子算法结合使用时，可以识别复杂制造过程中的哪一部分导致了产品制造出现障碍。

攻击类型

尽管量子计算仍处于早期发展阶段，但专家们已预想了这项技术在未来的潜力以及被滥用的可能性。

在不久的将来，新技术可能会引发两次重大攻击，这将对数字安全构成威胁。

存储攻击

这种攻击是指恶意人员对易受攻击的地址（将其公钥存储在区块链上的钱包）发起攻击，以窃取资金。这意味着当配备足够的资源时，像比特币和以太坊这样的代币将更容易受到量子计算机的攻击。

也就是说，价值数千亿美元的加密货币可能容易受到存储攻击。目前，量子计算机不具备执行此类攻击所需的1000万个量子位，但科学家预计这种计算能力将在大约10到15年内能实现。

中途攻击

中途攻击是指恶意行为者尝试在中途劫持区块链交易并将资金引导至他们自己的地址。这种攻击需要大量的计算能力，但攻击规模和难度更大，因为劫持必须在矿工处理交易之前完成。

科学家预测，要完成这种攻击任务，量子计算机将需要数十亿个量子位。

量子计算对加密货币构成威胁吗？

目前，量子计算机的供应量这一主要威胁衡量指标表明，这一新系统目前不会对加密货币领域构成太大威胁。尽管量子计算的能力巨大，但只有在出现错误的情况下，再加上更高的计算速度，才能对加密货币构成威胁。

除了计算速度之外，攻击者还需要超高的计算能力才能对存储设施发起攻击，而这一计算能力大约需要1000万个量子位。

中途攻击的规模会大得多，因为所需的计算能力水平更高。攻击者必须部署大量的量子计算能力才能在区块创建时间用完之前获得对网络的控制权。由于要攻击所有网络节点，因而这是一项难度要高很多的任务。能实现攻击的机会相对较小。例如，若对比特币发起这类攻击，攻击者需要在几分钟内完成，而对以太坊则需要数十秒。

凭借当前所需的量子计算能力，加密行业目前并未受到威胁；相反，加密行业有充分的时间想出一种不受量子攻击影响的算法。

对量子计算的防范

目前，人们只知道量子计算可能构成的潜在威胁。加密货币爱好者和区块链开发人员现在正在寻找保护数字货币世界免受量子计算机构成威胁的方法。最受欢迎的想法是格密码。

格密码是无论是在安全证明中还是在构造本身中都涉及格密码学的构造。这是一种不太普遍的公钥方案，可以同时抵御传统计算机和量子计算机的攻击。这是因为它的设计基于量子计算机将无法轻松解决的问题。

这些问题称为最短向量问题(SVP)，通常需要在高维格中寻找最短向量来解决。这一领域的专家认为，量子计算机的运行方式很难解决SVP。

在量子计算机中，只有当量子位状态完全对齐时，才能使用叠加原理；当状态不一致时，它必须求助于更传统的计算方法，这就是为什么它不太可能成功解决SVP。

像IOTA这样的项目已经使用了有向无环图(DAG) 技术。据专家称，该技术是抗量子的。与由块构建的区块链不同的是，DAG由节点和连接组成。该技术以节点的形式记录加密交易，并且这些交易的记录相互堆叠。

量子计算机的劣势

大多数计算系统并非100%没有故障，量子计算机也不例外。量子计算的一个主要缺点是，当今大多数量子计算机主要是原型，仍然体积庞大、价格昂贵且对用户不友好。

量子计算机仍然存让开发人员感到难以解决的初期问题。另一个主要的问题是纠缠问题：确保几个量子位同时纠缠和确保量子过程的正确状态一样困难。

最后重要的一点是，量子过程的结果仍然有很高的错误率。如果所有这些问题都得以解决，就会出现量子计算机对加密机制造成的安全问题。巨大的计算能力将使所有当前使用的加密机制变得无效。在互联网上进行的任何交易或任何类型的安全连接都可能被破解，从而导致被盗数据的滥用或出售。这会消除平台附带的安全性和匿名性，从而给加密货币带来问题。