比特币量子计算机破解

『壹』 比特币价值将归零谷歌计划2029年前量子计算商用化

（思进注： 1994年，数学家Peter Shor公布了一种量子算法，该算法可以打破最常见的非对称密码算法的安全性假设。这意味着拥有足够大量子计算机的任何人，都可以使用此算法通过公钥反算出私钥，从而伪造任何数字签名。这是否意味着比特币将会被量子计算机crack down…… 事实上，中心化的密钥体系PKI，确实会有这个风险，因为大多数应用是CA+10的6次方。海量反编译，是可以推算出中心密码本的！也就是说，伪造PKI数字签名是有可能的， 拭目以待吧……再转发下文，和大家分享……）

谷歌计划2029年前量子计算商用化，比特币价值将归零？

作者 | 新浪 财经

来源 | 华尔街见闻

量子计算何以对比特币构成威胁？

在解释这个问题前，需要先了解以下几个知识点。

经典计算机采用二进制，用0和1构建了底层代码的一切。量子计算机可以同时储存和表示0和1叠加态。比特币挖矿基于计算一种名为SHA-256的哈希函数（一种函数算法，把任意一个字符串输入SHA-256函数，都会输出一个256位的二进制数）的正确值。每一个比特币用户在注册的时候，系统都会生成一个随机数，再对这个随机数进行SHA256再进行hash160，产生一个叫做私钥的字符串。作为数字签名。私钥可以对一串字符进行加密。而公钥可以把私钥加密之后的数据进行和解密。加密和解密的钥匙不一样的这种加密方式，称之为非对称加密。通过公钥反算不出私钥。如果私钥遗失，那么拥有者的比特币就无法取出。

基于上述原因，由于SHA-256的正确值十分难计算，数量有限的比特币才会变得极为稀缺和珍贵。同时由于经典计算机无法通过公钥反算出私钥，私人拥有的比特币才无法被他人获得。

但在1994年，数学家Peter Shor公布了一种量子算法，该算法可以打破最常见的非对称密码算法的安全性假设。这意味着拥有足够大量子计算机的任何人，都可以使用此算法通过公钥反算出私钥，从而伪造任何数字签名。

故而，在量子计算面前，比特币的挖矿将变得轻而易举，通过公钥也能反算出私钥。这令比特币变得不再稀缺，也不再安全。

同时意味着比特币的共识将产生崩塌，比特币的价值也将趋零。

关于量子力学，广为人知的还有光的波粒二象性、观测者效应，和一个著名的思想试验——薛定谔的猫。

量子世界是如此不合常理，以至于它曾令说出“上帝不会掷骰子“爱因斯坦，都感到困惑不解。

无论如何，量子计算机的出现，对经典计算机形成了巨大挑战。而随着量子计算研究进程的递进，比特币的破解，或许在2029年前就将成为可能。

谷歌的量子计算进程如何？

早在2019年，谷歌发表在《自然》杂志上的论文称，其开发的54比特（其中53个量子比特可用）超导量子芯片“Sycamore”，对53比特、20深度的电路采样一百万次仅需200秒，最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果，则需要一万年。基于这一突破，谷歌宣称实现了“量子霸权“。

而近日在 Google I/O 大会上，领导谷歌 Quantum AI（量子 人工智能）团队的的科学家Hartmut Neven表示，谷歌计划在2029年前建造数十亿美元的量子计算机并将其正式商用。

谷歌的目标是建造有着100万个量子比特的计算机。不过，谷歌同时表示，首先需要减少量子比特产生的错误，然后才能考虑将1000个量子比特一起构建为一个逻辑量子比特。这将为“量子晶体管”打下基础，“量子晶体管”是未来量子计算机的基础。目前谷歌的量子计算机只有不到100个量子比特。但要知道，互联网诞生至今不过52年，第一台通用计算机诞生至今不过75年．

谷歌目前正在加利福尼亚州扩建一个新园区，用以专注于量子计算方面的研究工作，扩建工程将于2020年底正式完工。

在量子计算领域大举投资和押注的公司，除了谷歌，还有IBM、D-Wave Systems、霍尼韦尔（Honeywell）。

IBM Research总监Dario Gil曾表示，2023年将是量子计算大面积使用的转折点，届时将能通过软件实时查看和更新量子计算的状态，而不再是通过以往的硬件调整。

高德纳咨询公司 （Gartner）副总裁Chirag Dekate表示，过去五年中，量子计算的创新速度超过了此前的30年，他还预计到2025年，将有近40%的大公司制定量子计算计划。

关于对抗量子计算，目前已出现量子密码学的相关研究。一个名为The Open Quantum Safe （OQS）的开源项目已于2016年启动，目标为开发抗量子的密码形式。

『贰』 用量子计算机破解比特币算法需要多长时间

破解比特币区块链算法需要多长时间？苏塞克斯大学的研究团队评估认为， 拥有 3.17 亿个量子比特的量子计算机可以在 1 个多小时内突破比特币的加密；拥有 19 亿个量子比特的量子计算机可以在 10 分钟内破解加密。

所有的比特币交易在添加到区块链之前都需要由加密货币矿工网络进行验证。这个验证系统告诉系统谁拥有账本中的什么金额。在验证过程中，交易被赋予了一个带有加密密钥的指定。如果一个人或团体破解了这个密码，它将允许访问和拥有比特币集群。

不过现阶段最强大的量子计算机是拥有 127 个量子比特（qubits）的 IBM 超级计算机，是破解比特币代码的最佳设备。Webber 表示在量子计算机取得巨大突破之前，想要破解比特币的算法是不太可能的。而想要发明这种高性能的量子计算机，至少还需要 10 年以上时间。

但 Webber 和他的同事仍然对比特币的未来表示担忧。他说道：“我们需要改变我们的加密技术，因为在未来，它们并不安全”。

『叁』 为什么说量子计算机可轻易破解比特币，究竟怎么

摘要：在位于纽约市以北约50英里处僻静乡村中的一个小型实验室内，天花板下缠绕着错综复杂的管线和电子设备。这一堆看似杂乱无章的设备是一台计算机。它与世界上的任何一台计算机都有所不同，而是一个即将开创历史的里程碑式设备---量子计算机。

2017年5月3日，科技界的一则重磅消息：世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。这个“世界首台”是货真价实的“中国造”，属中国科学技术大学潘建伟教授及其同事等，联合浙江大学王浩华教授研究组攻关突破的成果。
如果现在传统计算机的速度是自行车，量子计算机的速度就好比飞机。在过去的几个月里，IBM和英特尔已经宣布他们已经分别制造了50和49个量子比特的量子计算机。有专家指出，在十年之内，量子计算机的计算能力就可能赶超当前的超级计算机。

2018年3月5日在洛杉矶举行的美国物理学年会上，谷歌量子AI实验室研究科学家Julian Kelly报告了，带领谷歌团队正测试一台72量子比特通用量子计算机。然而，这还是仅仅是72量子比特而已。按照这个速度发展下去，很快量子计算机的神通，将强劲得让人恐惧。
那么，为什么说量子计算机可轻易破解比特币，究竟怎么回事？
要破解现在常用的一个RSA密码系统，用当前最大、最好超级计算机需要花60万年，但用一个有相当储存功能的量子计算机，则只需花上不到3个小时！也就是说，从电子计算机飞跃到量子计算机，整个人类计算能力、处理大数据的能力，就将出现上千上万乃至上亿次的提升。在量子计算机面前，我们曾经引以为豪的传统电子计算机，就相当于以前的算盘，显得笨重又古老！

虽然比特币协议使用的是不对称的加密货币，用相应的公钥验证私钥签署的交易，以确保比特币只能被合法所有人使用。使用当前可用计算机强制私钥与公钥保持一致不可行，但量子计算机却可以解决不对称加密货币的问题。
另外，比特币的规定是处理得更多的那个区块加入区块链，另一个区块则作废。举个例子，这就像于在一个账簿里有51个人说你在银行存了100块钱，而49个人说你存了50块钱，这种情况下，区块链算法少数服从多数，银行认为你存了100块钱是真，存了50块钱是假。所以一旦一位矿工拥有51%的算力，其他后续矿工将无法继续获得比特币。

Andersen Cheng，英国一家网络安全公司的联合创始人，他表示在量子计算机投入使用的那一天，比特币就会终结。你觉得呢？

『肆』 比特币有没有可能被破解

比特币的破解是有可能但几乎不可能的，仅仅存在理论可能。

从背景和基本原理上来讲，比特币账户购物城是通过秘钥-公钥-地址的结构形式来构成的，可以大致理解成钥匙-箱子-箱子编号的基本模式，比特币的破解实际上就是从箱子编号或者从箱子入手破解到钥匙。

破解比特币的攻击手段一般意义上只有两种，一种是通过字典的方式进行攻击，也就是通过脑钱包直接破解。这种破解方式并非直接破解比特币持有者的比特币秘钥，而是去破解比特币持有者为记忆比特币秘钥而新设置的便捷密码，也就是脑钱包。如果是这种方式的话，首先需要比特币持有者通过脑账户设置一个新密码，同时需要对包含别的比特币持有者的个人生活信息十分了解才能破解。如果比特币持有者不设置脑账户的话，那么就无法通过这个方式进行破解。

其次是通过暴力破解的手段进行破解，也就是通过枚举法列举出所有可能的数字字母与符号的排列组合。以这些全部的组合一一进行尝试破解。但通过这种方式破解出比特币秘钥的可能性就更低了，因为比特币的秘钥是由256位二进制数字组成的。这是一个非常大的数字，使用十进制进行表示大约是十的77次方。目前市面上绝大多数的电脑算力是无法完成这个计算过程的，即便完成也需要花费几千年甚至上万年的时间。只有科研机构与高校内的部分量子计算机才可能实现这一目标。

『伍』 量子计算机会破坏比特币和互联网吗

• 在当前情况下，量子计算机无法帮助进行比特币挖矿
• 转向量子计算机不会影响挖矿速度，因为随着价格的飙升，挖矿难度也会增加
• 确实，量子算法的推出将使传统的加密货币系统面临风险

在目前的情况下，我们没有这样的量子算法，但是如果将来我们发现它，该怎么办？众所周知，比特币旨在识别挖矿速度，并且同样提高了挖矿难度。意味着找到算法后难度将变得更加复杂。

实际上，现在实际上不可能使用普通计算机进行挖矿，因此矿工使用ASIC芯片来挖比特币。当前，使用了两种加密货币，RSA和椭圆曲线加密货币。实际上，这两种加密货币方法都容易受到量子计算机的攻击。 根据Anastasia的说法，我们只需要2500 cubits即可中断algoant中断EC，而需要约4000 cubit才能中断RSA。

在当前情况下，硬分叉是不可能的，因为许多用户丢失了他们的钱包地址和硬币。现在，令人担忧的因素是，量子计算机可以轻松地帮助追踪那些丢失的钱包，而黑客可以使用此类计算机解密并获取此类丢失的硬币。

但是，主要的关注点是量子计算机的研究。此类计算机系统的进入将使加密货币系统面临风险。该系统可能是比特币的破坏者。

『陆』 中比特币勒索病毒怎么办 比特币电脑病毒破解方法

目前就连FBI都有破解不了，硬盘全盘重新分区，格式化，重新系统吧，

『柒』 为什么比特币的私钥无法被攻破

关于：为什么比特币的私钥无法被破解？

以下为正文：

破解比特币私钥，实际上就是要在 1 到 2²⁵⁶ 之间找到一个数，这个数对应的钱包里面有比特币。

2²⁵⁶ 约等于 10⁷⁷，这是个巨大的数字，对比的话，人类可观测宇宙的基本粒子也就是在 10⁸⁰ 这个数量级上。

人类现有的超级计算机，前 500 强加起来的算力，大约是每秒进行 10¹⁸ 次浮点运算，有兴趣的人可以算一算，就算每次浮点运算能完成一次破解比特币的尝试，那完成破解需要多少时间。简单说，一年约有 3.1536 × 10⁷ 秒，按上文的假设，破解一个比特币需要的时间在 10⁵¹ 年这个数量级上。

实际上要花的时间比这多的多，比特币网络计算的是哈希值，现在比特币全网每秒可以做约 1.51 × 10¹⁸ 次哈希运算，这差不多相当于每秒做 1.91 × 10²² 次浮点运算，这远超过现有的超级计算机的算力（换句话说就是超级计算机没法对比特币网络进行攻击，能力差距太大，这和比特币网络解决的是一个专门问题，超级计算机要解决的是各种不同问题有关系）。

无论如何，我觉得超过 10⁴ 年（也就是一万年）的时间对我们的意义都不大了，甚至超过 10² 年（也就是一百年）的时间对我们都没有多大意义。想想，要花那么多年，只是破解一个钱包的私钥，还不知道这钱包里有多少比特币，这事情实在没有做的意义，就算是知道某个钱包里有很多比特币，投入产出也不可能合算。

这些年间，被盗的比特币都是从人类这边搞的，都是什么从持币人手里盗取了私钥之类的事情，直接攻击比特币网络尝试破解私钥的，闻所未闻，未来估计也不可能有了。

有些人担心量子计算机，首先，量子计算机现在还是早期，解决的都是特定问题，没有针对处理比特币网络的问题，其次，量子计算机的算力现在还是比较低的，远远威胁不到比特币网络，第三，就算量子计算机将来发展起来了，比特币网络也会一并演进的，到时肯定会有针对性的升级。总之，量子计算机并不是比特币的一个威胁。

以下为该文的参考文献；

How Hard Is It to Brute Force a Bitcoin Private Key?

https://news.bitcoin.com/how-hard-is-it-to-brute-force-a-bitcoin-private-key/

超级计算机 500 强

https://en.wikipedia.org/wiki/TOP500

PetaFLOPS and how it relates to Bitcoin

https://bitcointalk.org/index.php?topic=50720.0

Bitcoin Total Hash Rate（比特币全网算力）

https://www.blockchain.com/charts/hash-rate

Observable universe（可观测宇宙）

https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe

『捌』 为什么说比特币是不能破解的，用量子计算机也不行

因为加密远比解密代价小
假设以数字+大小写字母（共62种字符）设置密码，某超级计算机1秒能暴力尝试10亿个密码，那么：
破解5位密码需要1秒（62^5=9.2亿），
破解6位密码需要62秒，
破解7位需要1小时，
破解8位需要2.5天，
破解9位需要半年，
破解12位需要10万年（超过人类文明史），
破解15位需要243亿年（超过宇宙年龄）。
15位密码不过比5位密码多输入几位，耗时几秒，却导致解密代价高到了几乎不可能的程度。
量子计算机即使带来一亿倍的破解速度提升，那也不过是抵消了比特币256位私钥长度中的27位而已（2^27=1.3亿）。就算外星人出现，连续发生了数次一亿倍破解速度提升（每次抵消27位私钥长度），比特币也只要简单地把私钥长度升级到512位即可。

『玖』 比特币是可以破解的吗

首先讲一下背景，比特币“账户”的基本原理就是 密钥-公钥-地址，你可以大致理解为“钥匙-箱子-箱子编号”。现在就是要从箱子编号或者箱子入手破解到钥匙。
攻击手段基本上就两种，一种字典攻击所谓脑钱包，另外一种就是暴力破解。
字典攻击就是把常用的密码以及其简单变种，组合作为钥匙一个一个试。只要你的pass phrase不过硬，这种手段攻击成功的可能性很高。所以要用这个的话，需要先普及一下密码学知识，不要以为密码很长再加个&就很安全了。
如果你不是用pass phrase生成的钱包，就只能暴力破解了，相当于枚举所有可能的钥匙，目前来看这个是不可能的，哪怕电子计算机越来越强大。但是，量子计算机理论上是可以做到的，不过不用太担心，真的有这么强大的量子计算机出来的话，不仅仅危及到比特币而已。
同时，比特币还有第二层防护：如果一个地址只接受而还没有输出比特币的话，他的公钥都是保密的，就是说箱子别人都看不到只能看到箱子编号。目前来看从箱子编号反推箱子这个过程连量子计算机也做不到。换句话说，真的有量子计算机的话，比特币还有最后一道防线：把你的钱转移到一个全新的地址就暂时安全了。
最后，前一段时间，Android上的客户端生成的钱包被攻击了，这个是因为底层随机数生成器有bug。其实就是这个函数不随机SecureRandom，Google很快承认并修复了这个问题。这种事情会不会再有也不好说，不过我觉得不用太过担心。

『拾』 强大的量子计算机可以破解加密并解决经典计算机无法解决的问题

强大的量子计算机可以破解加密并解决经典机器无法解决的问题。虽然目前还没有人成功制造出这样的设备，但最近我们看到了进步的步伐——那么，会是新的一年吗？目前，注意力集中在一个被称为量子霸权的重要里程碑上：在合理的时间范围内，量子计算机能够完成经典计算机无法完成的计算。

谷歌在2019年首次使用具有 54 个量子位（常规计算位的量子等价物）的设备来执行称为随机抽样计算的基本上无用的计算，从而实现了这一目标。2021 年，中国科学技术大学的一个团队使用 56 个量子比特解决了一个更复杂的采样问题，后来又用 60 个量子比特将其推得更远。

但IBM 的Bob Sutor表示，这种跨越式 游戏 是一项尚未产生真正影响的学术成就。只有当量子计算机明显优于经典计算机并且能够解决不同问题时，才能实现真正的霸权，而不是目前用作基准的随机抽样计算。

他说，IBM 正在努力实现“量子商业优势”——在这一点上，量子计算机可以比传统计算机更快地为研究人员或公司解决真正有用的问题。Sutor说，这还没有到来，也不会在新的一年到来，但可以预期在十年内。

量子软件公司Classiq的联合创始人Nir Minerbi则更为乐观。他认为，新的一年将在一个有用的问题中展示量子霸权。

还记得第一辆电动 汽车 问世的时候吗？它们对于开车去杂货店很有用，但也许不适合开车300公里送孩子上大学。就像电动 汽车 一样，量子计算机会随着时间的推移变得越来越好，使其在更广泛的应用中发挥作用。

解决实际问题存在许多障碍。首先是设备需要数千个量子比特才能做到这一点，而且这些量子比特也必须比现有的更稳定和可靠。研究人员很可能需要将它们分组在一起，以作为单个“逻辑量子比特”工作。这有助于提高保真度，但会削弱规模的改进：数千个逻辑量子位可能需要数百万个物理量子位。

随着时间的推移，量子计算机会变得更好，在一系列应用中变得有用

研究人员还致力于量子纠错，以在出现故障时对其进行修复。谷歌在2021年7月宣布，其Sycamore处理器能够检测并修复其超导量子比特中的错误，但执行此操作所需的额外硬件引入的错误多于修复的错误。马里兰州联合量子研究所的研究人员后来设法用他们捕获的离子量子比特通过了这个关键的收支平衡阈值。

即便如此，现在还为时过早。如果通用量子计算机在新的一年解决了一个有用的问题，那将是“相当令人震惊的”。在任意时间内保护单个编码的量子位，更不用说对数千或数百万个编码的量子位进行计算了。

量子计算机需要多大才能破解比特币加密或模拟分子？

预计量子计算机将具有颠覆性，并可能影响许多行业领域。因此，英国和荷兰的研究人员决定 探索 两个截然不同的量子问题：破解比特币（一种数字货币）的加密以及模拟负责生物固氮的分子。研究人员描述了他们创建的一种工具，用于确定解决此类问题需要多大的量子计算机以及需要多长时间。

这一领域的大部分现有工作都集中在特定的硬件平台、超导设备上，就像 IBM 和谷歌正在努力开发的那样。不同的硬件平台在关键硬件规格上会有很大差异，例如运算速率和对量子比特（量子比特）的控制质量。许多最有前途的量子优势用例将需要纠错量子计算机。纠错可以通过补偿量子计算机内部的固有错误来运行更长的算法，但它是以更多物理量子比特为代价的。从空气中提取氮来制造用于肥料的氨是非常耗能的，改进这一过程可能会影响世界粮食短缺和气候危机。相关分子的模拟目前甚至超出了世界上最快的超级计算机的能力，但应该在下一代量子计算机的范围内。

我们的工具根据关键硬件规格自动计算纠错开销。为了让量子算法运行得更快，我们可以通过添加更多物理量子位来并行执行更多操作。我们根据需要引入额外的量子位以达到所需的运行时间，这严重依赖于物理硬件级别的操作速率。大多数量子计算硬件平台都是有限的，因为只有彼此相邻的量子位才能直接交互。在其他平台中，例如一些捕获离子的设计，量子位不在固定位置，而是可以物理移动——这意味着每个量子位可以直接与大量其他量子位相互作用。

我们 探索 了如何最好地利用这种连接遥远量子位的能力，目的是用更少的量子位在更短的时间内解决问题。我们必须继续调整纠错策略以利用底层硬件的优势，这可能使我们能够使用比以前假设的更小的量子计算机来解决影响深远的问题。

量子计算机在破解许多加密技术方面比经典计算机更强大。世界上大多数安全通信设备都使用 RSA 加密。RSA 加密和比特币使用的一种（椭圆曲线数字签名算法）有一天会容易受到量子计算攻击，但今天，即使是最大的超级计算机也永远不会构成严重威胁。研究人员估计，一台量子计算机需要的大小才能在它实际上会构成威胁的一小段时间内破解比特币网络的加密——在它宣布和集成到区块链之间。交易支付的费用越高，这个窗口就越短，但可能从几分钟到几小时不等。

当今最先进的量子计算机只有50-100个量子比特。“我们估计需要30[百万] 到3亿物理量子比特，这表明比特币目前应该被认为是安全的，不会受到量子攻击，但这种尺寸的设备通常被认为是可以实现的，未来的进步可能会进一步降低要求。比特币网络可以对量子安全加密技术执行‘硬分叉’，但这可能会由于内存需求增加而导致网络扩展问题。

研究人员强调了量子算法和纠错协议的改进速度。四年前，我们估计捕获离子设备需要 10 亿个物理量子比特才能破解 RSA 加密，这需要一个面积为 100 x 100 平方米的设备。现在，随着全面改进，这可能会显着减少到仅仅 2.5 x 2.5 平方米的面积。大规模纠错量子计算机应该能够解决经典计算机无法解决的重要问题。模拟分子可应用于能源效率、电池、改进的催化剂、新材料和新药的开发。进一步的应用程序全面存在——包括金融、大数据分析、飞机设计的流体流动和物流优化。

什么是量子启示录？

想象一个加密的秘密文件突然被破解的世界——这就是所谓的“量子启示录”。简而言之，量子计算机的工作方式与上个世纪开发的计算机完全不同。从理论上讲，它们最终可能会比今天的机器快很多很多倍。这意味着面对一个极其复杂和耗时的问题——比如试图解密数据——其中有数十亿的多个排列，如果有的话，一台普通的计算机需要很多年才能破解这些加密。但理论上，未来的量子计算机可以在几秒钟内完成这项工作。这样的计算机可以为人类解决各种问题。英国政府正在牛津郡哈威尔投资国家量子计算中心，希望彻底改变该领域的研究。

一种用于量子计算的新语言

Twist是麻省理工学院开发的一种编程语言，可以描述和验证哪些数据被纠缠在一起，以防止量子程序中的错误。时间结晶、微波炉、钻石，这三个不同的东西有什么共同点？量子计算。与使用比特的传统计算机不同，量子计算机使用量子比特将信息编码为0或1，或两者同时编码。再加上来自量子物理学的各种力量，这些冰箱大小的机器可以处理大量信息——但它们远非完美无缺。就像我们的普通计算机一样，我们需要有正确的编程语言才能在量子计算机上正确计算。

对量子计算机进行编程需要了解一种叫做“纠缠”的东西，这是一种用于各种量子比特的计算机，它可以转化为强大的能量。当两个量子位纠缠在一起时，一个量子位上的动作可以改变另一个量子位的值，即使它们在物理上是分开的，这引起了爱因斯坦对“远距离幽灵动作”的描述。但这种效力同样是弱点的来源。在编程时，丢弃一个量子位而不注意它与另一个量子位的纠缠会破坏另一个量子位中存储的数据，从而危及程序的正确性。

麻省理工学院计算机科学与人工智能 (CSAIL) 科学家旨在通过创建自己的量子计算编程语言 Twist 来解开谜团。Twist 可以通过经典程序员可以理解的语言来描述和验证量子程序中纠缠了哪些数据。该语言使用一个称为纯度的概念，它强制不存在纠缠并产生更直观的程序，理想情况下错误更少。例如，程序员可以使用 Twist 表示程序作为垃圾生成的临时数据不会与程序的答案纠缠在一起，从而可以安全地丢弃。

虽然新兴领域可能会让人感觉有点浮华和未来感，但脑海中浮现出巨大的金属机器的图像，但量子计算机具有在经典无法解决的任务中实现计算突破的潜力，例如密码学和通信协议、搜索以及计算物理和化学。计算科学的主要挑战之一是处理问题的复杂性和所需的计算量。经典的数字计算机需要非常大的指数位数才能处理这样的模拟，而量子计算机可能会使用非常少量的量子位来做到这一点——如果那里有正确的程序。 “我们的语言 Twist 允许开发人员通过明确说明何时不得与另一个量子位纠缠来编写更安全的量子程序，”麻省理工学院电气工程和计算机科学博士生、有关 Twist的新论文的主要作者 Charles Yuan 说. “因为理解量子程序需要理解纠缠，我们希望 Twist 为开发语言铺平道路，让程序员更容易应对量子计算的独特挑战。”

解开量子纠缠

想象一个木箱，它的一侧伸出一千根电缆。您可以将任何电缆从包装盒中拉出，也可以将其完全推入。

在你这样做一段时间后，电缆会形成一个位模式——零和一——取决于它们是在里面还是在外面。这个盒子代表了经典计算机的内存。该计算机的程序是关于何时以及如何拉电缆的一系列指令。

现在想象第二个外观相同的盒子。这一次，你拉一根电缆，看到它出现时，其他几根电缆被拉回了里面。显然，在盒子内部，这些电缆不知何故相互缠绕。

第二个框是量子计算机的类比，理解量子程序的含义需要理解其数据中存在的纠缠。但是检测纠缠并不简单。你看不到木箱，所以你能做的最好的就是尝试拉动电缆并仔细推理哪些是纠缠的。同样，今天的量子程序员不得不用手推理纠缠。这就是 Twist 的设计有助于按摩其中一些交错的部分。

科学家们设计的Twist具有足够的表现力，可以为著名的量子算法编写程序并识别其实现中的错误。为了评估Twist的设计，他们对程序进行了修改，以引入某种对于人类程序员来说相对不易察觉的错误，并表明Twist可以自动识别错误并拒绝程序。

他们还测量了程序在运行时方面的实际执行情况，与现有的量子编程技术相比，它的开销不到4%。

对于那些担心量子在破解加密系统方面的“肮脏”名声的人来说，Yuan 表示，目前还不清楚量子计算机在实践中能够在多大程度上实现其性能承诺。“在后量子密码学方面正在进行大量研究，这些研究之所以存在，是因为即使是量子计算也不是万能的。到目前为止，有一组非常具体的应用程序，人们在这些应用程序中开发了量子计算机可以超越经典计算机的算法和技术。”

重要的下一步是使用Twist创建更高级别的量子编程语言。今天的大多数量子编程语言仍然类似于汇编语言，将低级操作串在一起，没有注意数据类型和函数等东西，以及经典软件工程中的典型内容。

量子计算机容易出错且难以编程。通过引入和推理程序代码的“纯度”，Twist 通过保证一段纯代码中的量子位不会被不在该代码中的位更改，朝着简化量子编程迈出了一大步。 这项工作得到了麻省理工学院-IBM 沃森人工智能实验室、国家科学基金会和海军研究办公室的部分支持。

【注释. 量子计算机】

量子计算机是一种直接利用量子力学现象（如叠加和纠缠）对数据进行运算的计算设备。量子计算背后的基本原理是量子属性可以用来表示数据并对这些数据执行操作。

尽管量子计算仍处于起步阶段，但已经进行了一些实验，在这些实验中，量子计算操作是在非常少量的量子比特（量子二进制数字）上执行的。实践和理论研究都在继续进行，许多国家政府和军事资助机构支持量子计算研究，以开发用于民用和国家安全目的的量子计算机，例如密码分析。

如果可以建造大规模的量子计算机，它们将能够比我们目前的任何经典计算机（例如 Shor 算法）更快地解决某些问题。量子计算机不同于DNA计算机和基于晶体管的传统计算机等其他计算机。一些计算架构（例如光学计算机）可能会使用经典的电磁波叠加。如果没有一些特定的量子力学资源，例如纠缠，推测不可能超过经典计算机的指数优势。