2024年12月，谷歌量子AI团队在官方博客和学术期刊《自然》（Nature）上同步发布了一项具有划时代意义的研究成果——全新量子芯片“Willow”。这一突破性技术不仅解决了量子计算领域近30年来的核心难题，还实现了超越经典计算能力的里程碑式进展，为未来科技与数字经济的发展打开了新的可能性。
Willow的两大核心成就：突破量子计算极限
量子纠错的革命性进展
量子计算由于量子比特（qubit）的脆弱性，长期以来饱受高错误率问题困扰。传统的纠错技术难以直接应用于量子领域，这也成为大规模量子计算落地的主要障碍之一。而“Willow”芯片通过革命性的量子纠错机制显著降低了错误率，成功攻克了这一技术瓶颈。
根据谷歌团队的研究，“Willow”芯片在实际运行中可以成倍减少错误，这不仅为更大规模、更高性能的量子计算机铺平了道路，也证明了量子纠错技术的可行性。谷歌量子AI创始人Hartmut Neven表示：“我们现在拥有了足够低的错误率，可以开始评估开发更大规模量子计算机的成本。”
超越经典计算的计算能力
“Willow”芯片在一项标准基准计算中展示了前所未有的能力：不到五分钟内完成的任务，需要现有最快超级计算机至少10个septillion（即102510^{25}）年才能完成。这一成就不仅展示了量子计算的独特优势，也标志着人类在解决极其复杂问题方面迈出了重要一步。从气候建模到药物设计，量子计算的潜在应用领域将迅速扩大。
Willow是否威胁比特币安全性？
比特币的核心安全性基于经典密码学的不可破解性，例如椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。量子计算理论上可以使用Shor算法快速分解大整数，从而破解现有的加密体系。
量子计算机的规模尚未达标 目前的“Willow”芯片虽已实现显著技术进步，但远未达到威胁比特币网络安全的规模，或者说，当前量子计算机远未达到破解比特币所需的规模，即量子比特数量。破解比特币需要数百万个高精度量子比特，而当前量子计算仍处于早期阶段。
抗量子密码的崛起 全球密码学界正加速研发抗量子加密算法（Post-Quantum Cryptography, PQC）。未来，随着比特币网络引入抗量子技术，其抵御量子计算威胁的能力将显著提升。
挖矿是通过暴力破解寻找满足特定条件的哈希值。量子计算能够通过Grover算法将搜索速度提升至平方级加速（例如原本需要1亿次尝试，量子计算减少至1万次）。但这对比特币挖矿的实际效果可能有限：
- 网络难度调整：比特币网络会动态调整挖矿难度，以保持区块生成的速度（约每10分钟一块）。即使算力显著提升，难度系数也会随之增加，限制了量子计算的影响。
- 能源与成本问题：量子计算机的运行成本和能源消耗目前远高于传统挖矿设备，大规模部署尚不现实。
尽管比特币的安全性暂时无忧，但Willow的推出无疑标志着量子计算迈入了一个全新的时代。从破解量子纠错挑战，到加速科学研究与工业应用，Willow展现了量子计算对多个领域的潜在革命性影响。
亿万富翁埃隆·马斯克（Elon Musk）对这一技术进步表示赞叹，甚至提出未来可能会在太空中利用量子计算机集群的构想。他认为，这些进展不仅提升了人类文明的技术水平，还为迈向卡尔达舍夫文明等级（Kardashev Scale）的更高阶段奠定了基础。
AI与量子计算会终结虚拟货币时代吗？
量子计算和AI的崛起对虚拟货币的影响取决于以下几点：
技术适配性 虚拟货币开发者已意识到量子计算威胁，正在加速研究抗量子密码和新的共识机制（例如量子安全的区块链）。技术变革可能带来短期冲击，但从长远来看，虚拟货币生态会适应这些新技术。
经济共识的重要性 加密货币的核心价值在于去中心化和共识经济。量子计算或AI无法直接改变共识机制的基本原则。即便某些技术导致加密货币形式发生变化，其经济功能和价值支撑依然存在。
潜在替代品的崛起 如果现有的虚拟货币（如比特币）受算力或AI影响而失去吸引力，新的加密资产和去中心化技术可能迅速填补空白，推动市场进一步进化。
破解比特币的条件和现状
比特币的核心安全性依赖于经典加密算法，特别是椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），其安全性基于分解大整数和求离散对数的复杂性。这些问题对于传统计算机来说几乎无法解决，但量子计算可以通过以下算法带来突破：
- Shor算法：能够在理论上高效破解ECDSA所依赖的数学难题。
- 量子比特需求：破解比特币私钥需要数百万个低误差率的量子比特，而目前“Willow”芯片的量子比特数量和纠错能力还远不足以达到这个水平。
谷歌量子人工智能负责人哈特穆特·奈文（Hartmut Neven）在官方博客中详细阐述了这一突破：“Willow的错误率实现了指数级降低，我们能够在增加量子比特的同时降低错误风险，这一成果标志着我们进入了量子计算的‘低于阈值’阶段。”他进一步指出，Willow在不到5分钟内完成的计算任务，普通超级计算机需要花费数十年才能完成。
谷歌首席执行官桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）则将Willow视为打造实用量子计算机的重要一步，尤其在药物研发、聚变能开发和电池设计领域具有潜在应用
比特币抗量子计算的对策
加密货币社区和密码学界已经意识到量子计算的潜在威胁，并正在采取以下应对措施：
抗量子加密（Post-Quantum Cryptography, PQC） 新一代抗量子加密算法正在开发中，如基于格密码（lattice-based cryptography）和哈希签名的算法。这些算法设计为即便在量子计算时代也能保持安全性。比特币网络未来可能通过硬分叉升级至抗量子算法，以抵御潜在威胁。
多签名钱包（Multi-Signature Wallets） 通过要求多个密钥共同签名，进一步提高安全性，量子计算需要同时破解多个私钥才有可能攻击成功。
网络更新和分布式治理 比特币网络有能力通过社区共识实现协议升级，应对未来技术威胁。
Willow芯片破解比特币的可能性评估
尽管“Willow”芯片在量子纠错和计算能力上取得突破，但其当前能力远未达到破解比特币的水平。具体原因包括：量子比特数量不足：当前量子计算机的规模仅限于小型任务，破解比特币需要数百万高精度量子比特，而“Willow”仅有数百个；运行时间和稳定性限制：破解比特币需要长时间、高稳定性的量子计算，当前技术尚无法满足这些要求；加密算法升级的时间窗口：在量子计算能力成熟之前，比特币网络有足够时间升级至抗量子加密算法。
“Willow”或其他量子芯片在挖矿领域的影响主要体现在通过Grover算法加速哈希运算，但这种提升并不足以彻底颠覆比特币挖矿生态：网络难度调整机制：比特币网络会自动调整挖矿难度，以确保出块时间保持在平均10分钟。这意味着即使算力显著提升，挖矿奖励也不会显著增加；高昂成本与能源需求：量子计算机目前极为昂贵且耗能巨大，远高于现有的ASIC矿机，短期内无法取代传统挖矿设备。
量子计算的迅速发展，自然引发了关于比特币及其他加密货币安全性的争议。理论上，量子计算机能够利用其超强的计算能力快速破解传统的加密算法，从而对整个加密行业构成威胁。然而，专家普遍认为，目前这一威胁还处于理论层面。
科技企业家凯文·罗斯（Kevin Rose）在社交媒体上表示：“要破解比特币的加密技术，需要一台拥有约1300万个量子比特的量子计算机。而Willow仅有105个量子比特，远远不足以威胁比特币的安全性。”
同样，以太坊联合创始人维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）也提出，即便量子计算机取得显著进步，通过硬分叉等技术手段可以及时调整区块链协议，确保用户资产安全。
支付平台Lightspark首席执行官大卫·马库斯（David Marcus）则强调，这一技术突破的真正意义在于推动密码学和加密技术的发展。他呼吁行业尽快加速后量子密码学研究，以应对未来潜在的技术挑战。
后量子时代的机遇与挑战
谷歌的量子计算路线图显示，公司已达成其6个里程碑中的第二个。随着量子计算的持续突破，更多领域将受益于这一颠覆性技术。同时，加密行业也需未雨绸缪，积极开发抗量子解决方案，确保数字资产的长期安全性。
最终，Willow的问世提醒我们，量子计算不仅是科学界的胜利，更是未来技术发展和产业变革的重要基石。在量子计算的大时代，每一个进步都将带来全新的机遇与挑战。
量子计算和AI可能在特定领域对虚拟货币生态产生冲击，但从技术适配和经济共识的角度来看，它们更可能推动整个行业升级，而非彻底取代或终结。与其说“Willow”是比特币的终结者，不如说它是促使数字资产进一步演化的催化剂。
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RMIT人工智能中心合作伙伴
W1于2023年6月签约成为RMIT企业人工智能和数据分析中心 (RMIT Enterprise AI and Data Analytics Hub) 的行业合作伙伴。研究课题为人工智能在实际商业场景中的影响与应用。点击此处查看研究中心在澳大利亚国家科学局CSRIO的备案。