本週，Google 發表了一篇論文，描述一台量子電腦如何理論上在 9 分鐘內推導出比特幣的私鑰，這會帶來的影響範圍延伸至 Ethereum、其他代幣、私人銀行，甚至可能波及世界上一切事物。
量子運算很容易被誤以為只是更快的傳統電腦版本。但它並不是更強大的晶片，或是更大的伺服器機房。它是根本不同的一種機器，甚至在「原子」層級就已經不同。
一台量子電腦從一個非常低溫、非常小的金屬迴路開始，在這裡，粒子會以地球上正常條件下不會出現的方式開始行為；而這些行為會改變我們認為作為基本規則的物理定律。
從物理上理解這意味著什麼，正是理解「量子威脅」的差別：只讀到威脅內容，和真正掌握它之間的差異。
一般電腦用位元（bit）來儲存資訊——每個位元要嘛是 0，要嘛是 1。位元是一個微小的開關。從物理角度看，它是一種在「晶片」上的電晶體——一個微觀閘門：要嘛讓電流通過（1），要嘛不通（0）。
你曾經輸入過的每一張照片、每一筆比特幣交易、每一個字，都是以這些開關處於「開」或「關」的模式來儲存。位元並沒有什麼神秘之處；它只是位於兩種明確狀態之一的一個實體物件。
每一次計算本質上就是把這些 0 和 1 快速地到處搬動。一顆現代晶片每秒可以處理數十億次這樣的操作，但它仍然是一次一個、依序進行。
量子電腦使用的則是稱為量子位元（qubits）的東西，而不是位元（bits）。量子位元可以是 0、1，或——而這就是詭異之處——同時是兩者！
這之所以可能，是因為量子位元是完全不同的物理實體。最常見的版本、也是 Google 所使用的版本，是一個極小的超導金屬迴路，冷卻到接近絕對零度上方約 0.015 度；比外太空更冷，但它就在地球上。
在那種溫度下，電流會在迴路中流動而沒有任何電阻，人們稱電流處於一種量子態。
在超導迴路中，電流可以順時針流動（把那叫做 0），或逆時針流動（把那叫做 1）。但在量子尺度上，電流不必選擇其中一個方向，且會在同一時間同時往兩個方向流動。
不要把它誤解成在兩種狀態之間以很快的速度切換。電流會在「兩種狀態」同時存在，且能被可量測、可實驗驗證、並且可被證實同時處於兩種狀態。
（CoinDesk）
到目前為止都還跟得上嗎？很好，因為接下來才是更真正「怪異」的部分：它的運作背後的物理並不會立刻直觀，而且它也本來就不應該直觀。
日常生活中任何人與之互動的事物，都遵循古典物理，這種觀念假設事物同時只在某一個位置、某一個時間點上。但粒子在次原子尺度下並不會這樣行為。
直到你觀測它之前，電子並沒有明確位置。直到你量測它之前，光子並沒有明確偏振。直到你迫使它做出選擇之前，超導迴路中的電流也不會在明確方向上流動。
之所以我們在日常生活中感受不到這種現象，是因為「去相干」（decoherence）。當量子系統與其環境互動——空氣分子、熱、振動與光——疊加態會在幾乎瞬間就崩塌。
一顆足球不可能同時在兩個地方，因為它每一個奈秒都會與數兆個空氣分子、灰塵、聲音、熱、重力等交互作用。但如果你把一小段電流隔離在接近絕對零度的真空中，並讓它免於任何可能的干擾，那麼量子行為就能存活足夠久，讓你用它來進行計算。
這就是為什麼量子電腦這麼難打造。人們正在工程化建立物理環境：讓那些平常會阻止這些事發生的物理定律被暫時壓制住，壓制得只夠讓一次計算跑完。
Google 的機器運作於稀釋製冷機（dilution refrigerators），體積像巨大的房間一樣，冷到比自然宇宙中的任何事物都更低；並且周圍還有多層防護罩，抵禦來自電磁雜訊、振動與熱輻射的影響。
而且——就算在那樣的條件下——量子位元仍然脆弱。他們會不斷失去量子態，這也是為什麼「錯誤更正（error correction）」主導了所有關於規模擴大的討論。
所以，量子運算並不是古典運算的更快版本。它是在利用一套只適用於極小尺度、極低溫度、以及極短時間範圍的不同物理定律。
（CoinDesk）
現在把這疊起來。
兩個一般位元可以處在四種狀態之一（00、01、10、11），但一次只能是其中一種（因為電流只會朝一個方向流）。兩個量子位元則可以同時代表全部四種狀態，因為電流會在同一時間同時朝所有方向流動。
三個量子位元代表八種狀態。十個量子位元代表 1,024。五十個量子位元代表超過一個象（quadrillion）的數量級。每增加一個量子位元，狀態數就會翻倍，所以其擴展是指數級的。
第二個訣竅叫做「糾纏」（entanglement）。當兩個量子位元處於糾纏狀態時，量測其中一個就會立刻告訴觀測者關於另一個的某些資訊——不管它們距離有多遠。這讓量子電腦能夠在所有這些同時存在的狀態之間進行協調，而這是一般平行運算做不到的。
而且這些量子電腦的設定方式是：錯誤答案會彼此抵消（就像互相重疊的波形被壓平），正確答案會彼此強化（就像疊得更高的波形）。到計算結束時，正確答案會以最高機率被量測到。
因此，這不是靠蠻力（brute-force）的速度。這是一種根本不同的計算方法——讓自然界能先探索一個指數級巨大的可能性空間，接著再透過物理過程（而不是邏輯）塌縮到正確答案。
正是這種令人頭腦發昏的物理，才讓加密在這裡變得令人恐懼。
用來保護比特幣的數學，依賴的一個假設是：驗證每一種可能的金鑰會比宇宙的年齡還要耗時。
但量子電腦並不會逐一檢查每一把金鑰。它會同時探索全部金鑰，並利用干涉把正確的那一個「浮現」出來。
這就是它如何和比特幣產生連結。從私鑰到公鑰（沿著一個方向）需要幾毫秒。從公鑰再回到私鑰（沿著另一個方向）會讓古典電腦耗費一百萬年，甚至還可能比宇宙的年齡更久。這種不對稱性，正是唯一能證明某個人正在持有他的幣的因素。
（CoinDesk）
運行一種稱為 Shor’s 的演算法的量子電腦，能把這個「陷門」反向走回去。本週 Google 的論文顯示，它可以用比任何人先前估計更少的資源完成這件事，而且其時間框架也與比特幣自身區塊確認的進程競速。
這就是為什麼「量子電腦破解區塊鏈加密」的威脅確實讓所有人都非常擔心。
這次攻擊如何一步一步運作、Google 的論文具體改變了什麼、以及這對已經暴露的 6.9 百萬枚比特幣意味著什麼，將是本系列下一篇文章的主題。
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