Google表示，其Willow量子晶片在製備「魔術狀態」時將錯誤率降低約40倍，魔術狀態是量子運算所需的一種特殊資源，最終可能威脅比特幣錢包。相關成果本週發表於Science。

該實驗在通過檢驗的狀態中達到約99.99%的保真度，但製備嘗試的成功率僅約8%，且仍存在重大的擴展挑戰。

這項發現並不會使對比特幣的攻擊便宜40倍，而是推進了一種工程方法，可協助未來的量子電腦維持某一模型化攻擊所需的每秒約50萬個可靠魔術狀態。

這項工作所解決的挑戰，在量子運算與比特幣的辯論中鮮少被提及——這場辯論通常聚焦於攻擊者需要多大的機器，卻低估了該機器中有多少部分將被用於運算前的準備工作。

為何最古老的幣給攻擊者更多時間

比特幣錢包使用私鑰來核准付款，並使用對應的公鑰讓網路驗證這些核准。花費時通常會公開公鑰，而某些付款類型則從一開始就暴露公鑰。

從公鑰反推私鑰本應需要不切實際的龐大運算量，這正是逆向破解加密錢包在實務上不可行的原因。然而，理論上，一台足夠大的量子電腦執行Shor演算法就能完成這項運算。無論誰恢復了私鑰，都能以擁有者的身分簽署交易，而網會將其視為 genuine 接受。數學家Peter Shor於1994年首次發表該方法，但至今無人成功示範。

鎖在實體抽屜裡的助記詞對此類攻擊毫無保護作用，因為攻擊者依據的是已儲存在區塊鏈上的資訊。

一些較新的付款格式會將公鑰隱藏在雜湊值——一種數位指紋——之後，直到擁有者花費為止。針對先前被隱藏金鑰的攻擊者必須等待其暴露，並可能需要足夠快速地恢復私鑰，才能干預該筆付款。

這也是為什麼遺失的幣構成棘手問題。比特幣可以導入更強的花費保護機制，但仍需要現有的金鑰才能將舊持倉轉入其中。如果金鑰遺失，擁有者便無法完成轉移，而暴露的公鑰仍然會留在那裡，供未來的攻擊者利用。

比特幣最早期的持倉常被稱為「中本聰時期」，得名於網路的匿名創建者，而許多早期區塊獎勵是直接支付到公鑰——這種格式將金鑰本身而非其雜湊值記錄在區塊鏈上。部分最古老的比特幣持倉自開採以來公鑰便已暴露，且隨著量子辯論日趨熱烈，舊幣也開始轉移。10月7日，自2010年7月以來未動過的100.02 BTC在超過16年後轉移，價值約850萬美元。8月，六個自2011至2014年間閒置的錢包轉移了另外553.59 BTC，當時價值約4,000萬美元。

這些轉移本身並不足以證明持有人是因量子恐懼而行動；轉移幣也可能只是更換錢包、重整持倉或準備出售。

準備工作的成本

量子電腦以稱為量子位元的單元儲存資訊，而量子位元極為脆弱。熱、振動與雜訊訊號都可能干擾它們並引入錯誤，增加更多量子位元也會增加更多出錯的機會。

工程師的應對方式是將大量物理量子位元組織成可偵測並修正錯誤的群組。每個群組的行為如同一個更可靠的單元，稱為邏輯量子位元。這些單元隨後需要數位世界中等同燃料的資源來執行特定運算：研究人員所稱的「魔術狀態」，即特別製備的量子狀態。每個狀態使用一次即被消耗，因此電腦必須在整個運算過程中持續生產。

可以想像一家餐廳房，每道菜都需要一批無法重複使用的全新醬汁，部分員工必須持續製作醬汁，其他人才能烹飪。在量子電腦中，專門用於生產魔術狀態的硬體，就是無法被分配去做其他工作的硬體。

這種開銷意味著潛在攻擊者同時面臨兩個問題：組裝一台足以執行運算的大型機器，並在整個過程中持續為其供應狀態。

Google的方法稱為「培育」，從狀態的粗糙版本開始，檢查錯誤並丟棄有缺陷的嘗試。目標是以比舊方法更少的硬體產出乾淨的狀態。

該公司報告約99.99%的保真度——衡量完成的狀態與研究者目標的接近程度。該數字僅適用於通過檢驗的狀態。在製備與測量的檢查過程中，Willow保留了約8%的嘗試結果。每100次嘗試中，約有8次通過。

後續步驟包括以更大規模執行該流程，並在狀態輸入更長的運算時保持其可用性。研究人員表示，在即時操作以及將狀態移入更強的錯誤校正架構方面，仍需更多研究。

與先前研究的關聯

3月，Google估計在特定硬體假設下，一台擁有少於50萬個物理量子位元的未來超導量子電腦，可能破解比特幣與乙太坊錢包使用的密碼學。9月，CoinDesk報導了研究人員削減該攻擊中一項核心運算工作量的研究。該研究僅涵蓋一個組成部分，並未包含完整攻擊及其運行的物理硬體成本。

這些研究減少了攻擊者必須執行的數學運算量。培育技術則解決了機器執行運算時的供應成本。兩者的成效不能簡單相乘：Google 3月的估計已假設魔術狀態的高效生產，而該實驗檢驗的是這種工程方法的一部分，並非再提供一次40倍的攻擊成本下降。

綜合來看，這些工作描繪出剩餘的工程清單——足夠的物理量子位元、更精簡的運算以及可靠的狀態供應——目前每一項都是各自被展示，而非作為一台完整的機器。

3月的論文也顯示了一次攻擊會消耗多少燃料。針對公鑰暴露後持續約九分鐘的一次模型化攻擊，Google估計機器每秒需要約50萬個足夠可靠的魔術狀態。

在培育技術與其他元件被證明能在實際規模下協同運作之前，此模型化攻擊仍是硬體估計，而非實際作戰能力。