- IonQ 公布全球首个量子计算破解比特币蓝图，预测需时约 25.7 天。
- 研究显示需 19,397 个物理量子位来执行破解计算。
- IonQ 量子计算部总裁强调研究的可证明下限概率。
- 该蓝图可支持超越密码学的多个量子应用领域。
IonQ 公布了其所谓的全球首个完整编译的、端到端的蓝图，旨在利用量子计算机破解 256 位的椭圆曲线签名。该研究对这一问题提供了惊人的数字估算。根据预测，具备容错能力的量子计算机可在约 25.7 天内解决比特币的 secp256k1 椭圆曲线问题。研究人员推导出计算所需的物理量子位数为 19,397。这个数字包括运行算法所需的硬件，并考虑了量子错误更正的需求。
这一结果并不意味着比特币今天就可以被破解，IonQ 尚未在实际工作的量子计算机上演示这一攻击。相反，该论文详细描述了未来机器需要执行的整个计算过程。
量子计算破解的工程挑战
Shor 算法长期以来一直提供了利用量子计算机破解公钥密码学的理论路径。然而，将这一数学转化为机器却创造了更大的工程挑战。IonQ 的研究人员将对 secp256k1 的攻击建模为实际的容错工作负载。由于比特币依赖此曲线，且密码学家对其进行了广泛研究，因此该曲线成为了一个有用的基准。最终设计使用了 1,457 个逻辑量子位和大约 3900 万个 Toffoli 门。
这些逻辑资源在错误更正进入考虑时，会扩展为数以千计的物理量子位。IonQ 量子计算部总裁 Chris Ballance 表示，团队将计算过程编译到底层的错误更正基本元件。这一细节的层次使研究人员能够计算出成功完成计算的可证明下限概率。IonQ 指出，以前的估算通常简化了可能主导运行时间的机器部分。
Ballance 指出，在研究过程中，没有任何数字资产或加密货币平台遭到攻击。团队利用 IonQ 的 Walking Cat 架构将算法转化为硬件设计。该架构结合了被困离子计算与量子错误更正技术。研究人员随后根据 secp256k1 的具体需求重新塑造了架构，最终产生了一个包含 19,397 个物理量子位的系统，这个数字略低于 IonQ 在其公告中强调的 20,000 量子位规模。
IonQ 架构副总裁 John Gamble 将该结果描述为一个工程蓝图，而非纯粹的理论上资源估算。这一区别是重要的，因为量子计算机需要大量的物理硬件来创建较少数量的可靠逻辑量子位。
未来量子计算的应用前景
IonQ 的路线图目前针对 2027 年实现一个包含 10,000 个物理量子位的容错系统。该公司预计在 2028 年会有进一步的硬件和制造进展。IonQ 量子应用研发副总裁 Martin Roetteler 表示，资源的减少源于整个堆栈的进展。研究人员优化了算法，并与编译器、硬件架构以及错误更正系统进行协调。这种协调有助于将一个原本与更大机器相关联的工作负载，带入 IonQ 预测系统的范围内。
该结果并未确立量子对比特币的攻击即将到来，但为研究人员提供了一个更具体的目标，以评估这类攻击何时可能变得实际可行。
IonQ 表示，这一完整的堆栈方法还可以支持超越密码学的工作。其路线图包括化学、材料科学、金融服务、优化及国家安全等方面的量子应用。因此，secp256k1 研究作为对架构本身的一次严格测试，将著名的量子算法、真实的密码标准和建议的机器相连接，并用工程师可以审视的数字来串联所有部分。
项目 规格 物理量子位 19,397 逻辑量子位 1,457 Toffoli 门 约 39,000,000
量子计算对比特币安全性的影响
IonQ 的研究展示了量子计算在破解比特币安全性方面的潜力，虽然目前尚未能实际执行，但该蓝图为未来的量子攻击提供了一个具体的参考框架。这表明，随着量子技术的进步，现有的加密标准可能面临挑战，促使业界需重新评估数字资产的安全性。此外，IonQ 的研究不仅限于密码学，还扩展到其他领域，显示出量子计算的广泛应用潜力。这些发展将对未来的科技进步和安全措施产生深远影响。