- IonQ 公佈全球首個量子計算破解比特幣藍圖，預測需時約 25.7 天。
- 研究顯示需 19,397 個物理量子位來執行破解計算。
- IonQ 量子計算部總裁強調研究的可證明下限概率。
- 該藍圖可支持超越密碼學的多個量子應用領域。
IonQ 公佈了其所謂的全球首個完整編譯的、端到端的藍圖，旨在利用量子計算機破解 256 位的橢圓曲線簽名。該研究對這一問題提供了驚人的數字估算。根據預測，具備容錯能力的量子計算機可在約 25.7 天內解決比特幣的 secp256k1 橢圓曲線問題。研究人員推導出計算所需的物理量子位數為 19,397。這一數字包括運行算法所需的硬件，並考慮了量子錯誤更正的需求。
該結果並不意味著比特幣今天就可以被破解，IonQ 尚未在工作中的量子計算機上展示這一攻擊。相反，該論文詳細描述了未來機器需要執行的整個計算過程。
量子計算破解的工程挑戰
Shor 算法長期以來一直提供了利用量子計算機破解公鑰密碼學的理論路徑。然而，將這一數學轉化為機器卻創造了更大的工程挑戰。IonQ 的研究人員將對 secp256k1 的攻擊建模為實際的容錯工作負載。由於比特幣依賴此曲線，且密碼學家對其進行了廣泛研究，因此該曲線成為了一個有用的基準。最終設計使用了 1,457 個邏輯量子位和大約 3900 萬個 Toffoli 閘。
這些邏輯資源在錯誤更正進入考慮時，會擴展為數千個物理量子位。IonQ 量子計算部總裁 Chris Ballance 表示，團隊將計算過程編譯至底層的錯誤更正基本元件。這一細節的層次使研究人員能夠計算出成功完成計算的可證明下限概率。IonQ 指出，之前的估算通常簡化了可能主導運行時間的機器部分。
Ballance 指出，在研究過程中，沒有任何數碼資產或加密貨幣平台遭到攻擊。團隊利用 IonQ 的 Walking Cat 架構將算法轉化為硬件設計。該架構結合了困 trapped-ion 計算與量子錯誤更正技術。研究人員隨後根據 secp256k1 的具體需求重新塑造了架構，最終產生了一個擁有 19,397 個物理量子位的系統，這一數字略低於 IonQ 在其公告中強調的 20,000 量子位規模。
IonQ 架構副總裁 John Gamble 將該結果描述為一個工程藍圖，而非純粹的理論資源估算。這一區別是重要的，因為量子計算機需要大量的物理硬件來創建較少數量的可靠邏輯量子位。
未來量子計算的應用前景
IonQ 的路線圖目前針對 2027 年實現一個擁有 10,000 個物理量子位的容錯系統。該公司預計在 2028 年會有進一步的硬件和製造進展。IonQ 量子應用研發副總裁 Martin Roetteler 表示，資源的減少源於整個堆棧的進展。研究人員優化了算法，並與編譯器、硬件架構以及錯誤更正系統進行協調。這種協調有助於將一個原本與更大機器相關聯的工作負載，帶入 IonQ 預測系統的範圍內。
該結果並未確立量子對比特幣的攻擊即將來臨，但為研究人員提供了一個更具體的目標，以評估這類攻擊何時可能變得實際可行。
IonQ 表示，這一完整的堆棧方法還可以支持超越密碼學的工作。其路線圖包括化學、材料科學、金融服務、優化及國家安全等方面的量子應用。因此，secp256k1 研究作為對架構本身的一次嚴格測試，將著名的量子算法、真實的密碼標準和提議的機器相連接，並用工程師可以審視的數字來串聯所有三者。
項目 規格 物理量子位 19,397 邏輯量子位 1,457 Toffoli 閘 約 39,000,000
量子計算對比特幣安全性的影響
IonQ 的研究展示了量子計算在破解比特幣安全性方面的潛力，雖然目前尚未能實際執行，但該藍圖為未來的量子攻擊提供了一個具體的參考框架。這表明，隨著量子技術的進步，現有的加密標準可能面臨挑戰，促使業界需重新評估數碼資產的安全性。此外，IonQ 的研究不僅限於密碼學，還擴展到其他領域，顯示出量子計算的廣泛應用潛力。這些發展將對未來的科技進步和安全措施產生深遠影響。