qubit 定義

什麼是 Qubit？

Qubit（量子比特）是量子運算的基本資訊單位。與只能取「0」或「1」的傳統比特不同，Qubit 能同時處於兩種狀態的疊加態。可將其比喻為旋轉中的硬幣——在觀測（測量）前，它既是正面又是反面，只有觀測後才會確定為某一面。

Qubit 的獨特之處在於可用疊加態編碼資訊，並能與其他 Qubit 發生糾纏。糾纏讓多個 Qubit 的狀態彼此關聯，類似一組互相連結的硬幣。這些特性使量子電腦能以不同於傳統電腦的方式執行特定運算任務。

Qubit 的工作原理

Qubit 的運作依賴於疊加與糾纏兩大現象。疊加表示 Qubit 在被測量前同時具有「0」和「1」的機率幅度。糾纏則意味多個 Qubit 之間存在強關聯，改變其中一個會以統計機率影響其他 Qubit。

Qubit 的操作是透過「量子閘」來實現。可將其比喻為精確旋轉硬幣的工具，用來改變其落地為正面或反面的機率。測量則如同停止硬幣旋轉並觀察其朝向：測量後，疊加態會坍縮成「0」或「1」。

Qubit 與傳統比特的差異

本質差異在於表現形式：傳統比特永遠是「0」或「1」，而 Qubit 以兩種狀態的機率幅度來描述。這並不代表量子電腦能同時輸出所有答案，但某些演算法能更有效率地遍歷解空間。

操作方式也有不同。傳統邏輯閘是確定性的開關，量子閘則可實現連續旋轉與干涉。讀取傳統資料不會改變內容，但測量 Qubit 會導致其狀態坍縮——因此演算法需在讀取前將有用資訊編碼為可測機率。

Qubit 的物理實作方式

Qubit 可透過多種物理系統實作，如超導電路、囚禁離子、光子或自旋系統。每種實作方式就像用不同材料鑄造硬幣，各有不同的特性與穩定性取捨。

實際設備會受到雜訊與誤差影響。業界透過錯誤校正，將多個脆弱的物理 Qubit 組合成邏輯 Qubit，稱為「容錯 Qubit」。要對密碼學產生實質影響，通常需要大量強健的容錯 Qubit。

Qubit 對區塊鏈加密的意義

單一 Qubit 並不會直接威脅鏈上資產，但基於 Qubit 的量子演算法可能動搖密碼學基礎。例如，Shor 演算法能高效分解大數和計算離散對數，而這些問題正是許多區塊鏈簽章方案的基礎。

像以太坊等網路採用 ECDSA 數位簽章來驗證交易是否由正確的私鑰發起。若出現足夠強大的容錯量子電腦，這些數學問題的求解速度將大幅提升，攻擊者可能從公開資訊中推導出 私鑰——這正是核心風險所在。

Qubit 會攻破比特幣嗎？

短期內不會。多數專家認為，攻破現代密碼學需數百萬個容錯 Qubit，目前技術尚未達此門檻。截至 2025 年，尚無公開的量子系統能破解主流鏈上簽章。

風險並非零。部分地址在花費後會暴露公鑰，隨時間推移攻擊面擴大。建議減少地址重複使用，並關注後量子密碼學的進展。美國 NIST 正於 2022-2025 年推動 Kyber、Dilithium 和 SPHINCS+ 等後量子標準，為產業遷移提供指引。

區塊鏈如何因應 Qubit 時代

建議分階段規劃，盡量減少對用戶體驗的衝擊：

第 1 步：評估風險暴露。識別在鏈上或通訊過程中會暴露公鑰或密鑰資料的系統，並記錄所用演算法（如 ECDSA、RSA）。

第 2 步：導入後量子密碼學。後量子密碼方案可於傳統電腦運行，具備抗量子攻擊能力，如基於格的簽章與密鑰交換。可先於內部通訊及密鑰備份流程試點應用。

第 3 步：分層遷移。敏感操作可先同時支援傳統與後量子簽章，逐步擴展至錢包與智慧合約。例如，在 Gate 支援的以太坊網路上，關注後量子簽章及 合約驗證的進展，再整合相容方案。

第 4 步：演練與監控。建立應變流程，模擬密鑰洩漏或演算法更換，密切追蹤 NIST 及開源稽核進展，避免將大量資產存放於未經審查的錢包。

Qubit 在 Web3 領域的潛力應用

Qubit 不僅是威脅，也帶來新機會。例如，可用於為鏈上抽獎或遊戲產生更高品質的隨機數，降低操控風險。另一方向是結合量子運算與量子通訊，實現節點間的安全密鑰交換。

需注意，量子通訊與區塊鏈屬於不同技術，直接整合仍有工程與成本挑戰。短期而言，將後量子演算法導入傳統區塊鏈更具實際效益，有助於提升安全性。

Qubit 的未來趨勢

主要有三大趨勢：量子硬體與糾錯能力的提升、後量子密碼學標準與實作的成熟，以及後量子解決方案在 Web3 生態的整合。截至 2025 年，NIST 已發布初步後量子加密標準並推動產業遷移，區塊鏈生態正逐步展開相容性實驗。

具備破解主流簽章能力的量子設備仍需多年工程突破。實際路徑是先在通訊、備份及部分智慧合約採用後量子演算法，逐步遷移錢包及用戶介面。

Qubit 核心重點整理

Qubit 是量子運算的基礎單元，透過疊加與糾纏在特定任務展現潛在優勢。其與區塊鏈的關聯在於量子演算法挑戰現有簽章安全假設。無需立即恐慌，但應持續關注後量子密碼學與分階段遷移。密切追蹤硬體進展、標準化流程與工程稽核，避免倉促上線主網或將大量資產存於未經驗證的方案。

常見問題

Qubit 聽起來和傳統比特很像——本質差異是什麼？

傳統比特只能是 0 或 1，沒有重疊。Qubit 可處於 0 與 1 的疊加態，類似旋轉中的硬幣同時是正面與反面。這種疊加讓 Qubit 能同時處理多種可能性，使量子電腦具備指數級的運算能力。

為什麼 Qubit 被認為會威脅加密貨幣？

現代加密貨幣採用 RSA、橢圓曲線等基於傳統運算複雜性的加密演算法。量子電腦能利用 Shor 演算法快速破解這些加密，可能導致錢包私鑰外洩。但這需高度先進的容錯量子電腦，目前尚未達到商業化規模。

我聽說量子運算能攻破區塊鏈——我的數位資產現在安全嗎？

目前無需過度擔憂。雖然量子運算理論上可能威脅加密體系，但實際可用的量子電腦距離落地仍需數年甚至數十年。產業正積極發展後量子密碼學，許多項目已在測試抗量子演算法。只要持續關注項目安全進展，近期你的資產相對安全。

區塊鏈技術如何因應量子運算威脅？

主要策略是遷移至抗量子加密方案，如基於格的密碼學與基於雜湊的簽章。一些項目正探索將現有加密與後量子演算法結合的混合方案。其他防護措施還包括減少地址重複使用及採用多重簽章機制。安全實務將持續演進。

Qubit 技術目前發展到什麼階段？

量子運算仍屬早期研究階段，即 NISQ 時代（雜訊中等規模量子）。最先進的晶片已具備數百至上千個 Qubit。要攻破密碼系統還需數百萬個容錯 Qubit，預計至少還需 5-10 年。目前量子運算主要用於科學研究及優化任務。