量子比特是量子運算的基本資訊單位

什麼是 Qubit？

Qubit（量子位元）是量子運算的基本資訊單位。與傳統電腦中的經典位元相似，Qubit 可以表示 0 或 1。然而，Qubit 不同於經典位元，能同時處於 0 和 1 的疊加態，並且能與其他 Qubit 形成高度相關的糾纏狀態。

直觀來說，你可以將 Qubit 想像成一枚高速旋轉的硬幣：在觀察之前，它既不是正面也不是反面，而是兩者的疊加；只有在觀測時才會確定為某一面。正因如此，量子電腦能夠並行探索多種可能性，顯著提升部分運算任務的效率。

Qubit 如何表示資訊？

Qubit 透過「疊加態」來編碼資訊。疊加態代表 Qubit 在被測量前可同時處於多種狀態，測量後才會塌縮為單一確定結果。這與經典位元始終固定為 0 或 1 完全不同。

在量子運算中，測量會將所有可能結果收斂為一個具體值。藉由策略性地安排疊加與測量的順序與方式，量子電腦能有效篩選出答案線索，無需逐一嘗試所有可能性。這正是量子加速的核心來源。

Qubit 與經典位元有何不同？

主要有三大差異：

1. 疊加態：Qubit 在運算過程中可同時保有多種取值，而經典位元於任一時刻僅能是確定的 0 或 1。

2. 糾纏：糾纏是一種 Qubit 間的關聯現象，測量一個 Qubit 會瞬間影響另一個 Qubit 的狀態。這種獨特相關性讓量子演算法能高效傳遞結構性資訊。

3. 測量與複製：量子資訊無法被完美複製（即「不可克隆定理」），而對 Qubit 的測量也會改變其狀態。這與傳統資料可自由讀取與複製有根本差異。

Qubit 如何透過量子閘運作？

量子閘是針對Qubit進行操作的指令，類似於經典運算中的邏輯閘，但專為操控疊加態與糾纏而設計。

常見範例包括：

• Hadamard 閘可將確定的 0 或 1 轉換為疊加態，等同於讓硬幣「旋轉起來」。
• CNOT 閘作用於兩個 Qubit，將它們綁定為糾纏對，使其結果彼此相關。

典型操作流程通常是先用 Hadamard 閘產生疊加態，再用 CNOT 閘將兩個 Qubit 進行糾纏。這種組合可在搜尋或結構分析等問題中放大正確答案的「訊號」。

Qubit 對密碼學有何影響？

基於 Qubit 的演算法有潛力顛覆現行廣泛應用的密碼體系。

Shor 演算法讓量子電腦能高效分解大數或求解離散對數，這些難題構成許多公開金鑰加密系統（如 RSA、橢圓曲線簽章）的基礎。若有足夠強大的量子電腦，理論上可破解現有加密機制。

Grover 演算法則加速對對稱式密鑰系統（如 AES）的暴力破解搜尋，雖無法直接攻破，但為抵消 Grover 的二次加速，密鑰長度通常會加倍（如從 128 位提高至 256 位）。

Qubit 會如何影響區塊鏈與錢包安全？

區塊鏈常用的 ECDSA 及EdDSA等簽章方案仰賴橢圓曲線難題。若能運行 Shor 演算法的大型量子電腦問世，公開金鑰一旦暴露，私鑰就可能被推算出，資產安全將遭受威脅。

以比特幣為例，未花費地址在花費前僅暴露雜湊值而非公開金鑰本身。因此，減少地址重複使用並在確認後及時轉移資金至新地址，可有效降低風險。在智慧合約平台，因合約呼叫頻繁暴露公開金鑰，協議與錢包服務商須更早規劃升級。

若你在 Gate 持有資產，請留意帳戶安全及錢包升級通知。量子風險目前屬於長期威脅，但隨著生態系逐步遷移簽章方案，舊地址與錢包可能需要轉換。提前評估風險有助於遷移期間預防資產損失。

風險提示：現階段量子電腦仍不穩定且錯誤率高，短期內難以進行大規模密碼攻擊。但安全系統遷移工程繁複且耗時，提前準備格外重要。

Qubit 與後量子密碼學如何融入 Web3？

後量子密碼學指的是針對已知量子攻擊設計的抗量子加密方案。這類演算法不依賴因式分解或離散對數，而是基於格問題、糾錯碼或雜湊結構。

截至 2024 年，NIST 已選定 CRYSTALS-Kyber 為金鑰交換（KEM）標準、CRYSTALS-Dilithium 為數位簽章標準，並持續推進標準化（來源：NIST PQC 計畫，2022-2024）。Web3 生態的實際措施包括：

• 混合簽章：遷移期間同步採用現有與後量子簽章，實現雙重驗證。
• 協議升級：於節點、錢包、跨鏈橋與 L2 訊息驗證中導入後量子演算法。
• 通訊加密：鏈下通訊（如 API、RPC、TLS）採用後量子金鑰交換，保障資料與指令傳輸安全。

Qubit 技術進展如何影響時程？

截至 2024 年底，量子硬體仍存在高錯誤率與龐大糾錯成本。學界及業界普遍認為，能運行大規模 Shor 演算法、足以破解現代公開金鑰密碼的實用設備還需數年。進展將取決於元件品質、糾錯策略與工程規模。

同時，後量子密碼學標準化正持續推進，政府與企業正積極評估遷移路徑。對 Web3 而言，鏈上協議與錢包升級需時，建議標準成熟後盡快試點相容方案，以防未來潛在風險。

Web3 用戶應如何應對 Qubit 風險？

首先評估自身暴露情形：檢查是否有地址重複使用、頻繁在公開場合暴露公開金鑰，或使用過時的錢包程式庫等問題。

其次關注標準及生態升級：即時掌握 NIST 後量子密碼學進展，留意主要客戶端及錢包的支援計畫，特別注意 Gate 的安全公告與遷移指南。

第三，採取穩健措施：減少地址重複使用，優先採用多重簽章錢包和時間鎖機制以提升攻擊難度；為鏈下通訊啟用更強的 TLS 設定，並留意後量子選項。

第四，預留遷移時間：為金鑰與資產預先規劃可驗證的遷移路徑及應急方案，先以小額測試，再逐步擴大，避免一次性大額操作帶來的風險。

Qubit 總結與後續建議

Qubit 透過疊加態與糾纏高效探索結構化資訊，對密碼學及區塊鏈簽章帶來潛在衝擊。雖然可破解加密的實用量子電腦尚未問世，後量子密碼標準卻正加速推進。Web3 生態應於協議、錢包與通訊層主動規劃混合及遷移策略；用戶應減少地址重複使用，關注交易所安全公告，小規模演練遷移，逐步完成升級準備。如此既能避免恐慌，也能在技術拐點來臨時從容因應。

常見問題

Qubit 與經典位元在資料儲存上的根本差異是什麼？

經典位元在任一時刻只能是 0 或 1。Qubit 則可以同時是 0 和 1，這種疊加態讓量子電腦能並行處理多種可能性，實現指數級運算能力。例如：100 個經典位元只能表示一種狀態，而 100 個 Qubit 可同時表示約 2^100 種狀態，這正是量子運算潛力的關鍵所在。

Qubit 為什麼會威脅我的錢包與加密資產？

你的加密錢包採用 RSA 或 ECDSA 演算法保護私鑰，經典電腦破解需數千年。能運行 Shor 演算法的量子電腦可能在數小時內破解這些保護，直接威脅資產安全。雖然這一風險尚未迫近，但現在關注後量子密碼的發展對長期保障至關重要。

目前量子電腦能破解比特幣或以太坊嗎？

目前還不能。現有量子硬體仍處於初期階段——Google 晶片僅有數百個 Qubit，而破解加密需數百萬個穩定 Qubit。業界預估至少還需 10–15 年。你的資產目前是安全的，但區塊鏈生態應在此期間升級加密演算法，以因應未來威脅。

如果擔心量子威脅，現在該怎麼辦？

短期內建議使用多重簽章錢包與冷錢包提升安全性。中期可關注 Gate 等平台是否提供支援後量子密碼的錢包。長期則可考慮部署如 Dilithium 等抗量子演算法的區塊鏈專案。密切掌握產業內量子安全的最新進展。

後量子密碼學與 Qubit 有何關聯？

Qubit 是驅動量子運算的基本單位，也對現有密碼學構成新威脅；後量子密碼學則專為抵禦這一威脅而設計。簡而言之：Qubit 帶來問題，後量子密碼學則提供解決方案。Web3 社群正積極推動後量子安全於區塊鏈上的整合，迎接量子時代的到來。