让我们先来理解一下区块链的概念。

免责声明：我试图尽可能简化描述的过程，这个过程在技术层面上产生可能会产生细微的差别。此外，请不要介意我在描述中引用的潦草的笔记。但与网络上的图片相比，我觉得这些笔记能更加清楚地阐明区块链的概念。

简单来说，区块链是指记录特定类型交易的分类账本。其主要利用整数分解等数学函数。从一方面来说，这种方式很容易解决问题，从另一方面来说，它的安全性却得不到保障。

区块链中的交易记录被添加到称做区块的数据库中，而所谓的区块是利用被称作哈希函数的计算方式来进行加密的。原始的交易信息在哈希之后会得到一个特定的哈希值，交易信息和哈希值组合在一起就构成了一个区块。毫无疑问，每条交易信息都可以得到一个特定的区块，最终组合起来就形成了一系列依次排列的区块——这就是区块链名称的由来。

下图是Python中利用MD5算法生成的哈希示例，它是一种广泛使用的哈希函数，可以生成128位哈希值。

使用该算法必须要确定输入值（“Kellogg第一块”），而确定输入值对于经典计算机来说是非常困难的。它只能通过暴力破解——系统地列举所有可能的待选值并检查每个待选值是否满足解决方案的条件。类似地，解决比特币块的哈希需要以多个零开始，这就意味着计算量非常庞大。这就解释了为什么比特币网络中的所有计算机联合处理，仍然需要大约7分钟来解决一个块。

然而，量子计算机或许能改变一些情况，这可能会对区块链和加密货币构成威胁。我们来看看情况到底如何。

1.什么是量子计算机？

计算机的计算能力取得显著进步得益于晶体管的尺寸不断减小。计算机中每种部件的核心都是晶体管，它是处理计算机信息的基本逻辑单元。

在过去的几十年中，英特尔等芯片制造商通过减小尺寸，已经能够在CPU中安装越来越多的晶体管。在现代CPU中，晶体管甚至比HIV病毒还要小。实际上，我们正致力于将晶体管的尺寸缩小到原子大小的级别。基于这一事实，摩尔定律将不再适用，并且计算能力可能不会像过去那样保持相同的增长速度。（摩尔定律：它描述了这样一个理论，密集集成电路中包含的晶体管数大约每两年就会增加一倍。该定律被广泛用于研发规划中）

这个问题的解决方案之一是量子计算。

基于晶体管的经典计算机中，它的位可以只有0和1。然而，量子计算机维持一系列量子位，其可以表示1，0，或者两个量子位状态的任何叠加。通常，具有n个量子位的量子计算机可以同时处于多达2^n个不同状态的任意叠加。由于经典计算机在任何时候都只能处于2^n个状态之一，因此与现有计算机相比，量子计算机的运算能力相当于它的几个指数级。

为什么这种叠加可以发生呢？那是因为量子世界本质上是平行的。在著名的托马斯·杨双缝实验中，量子粒子可以同时穿过两个狭缝。而最好的量子计算机可以具有大规模计算的能力，其效率远高于传统计算机。

2.量子计算的原则

由于我们在学校中主要学的是经典力学，对量子计算的概念并不太熟悉。所以我会尝试使用一个最简单的例子进行演示,这个例子是我的量子力学教授曾经用过的

你能搞清楚哪一个是这个立方体的正面吗？ 你可能不确定。 但是，一旦你确认哪一方是前方，你就恍然大悟了。这种可能状态的不确定性揭露了量子力学中一种最深刻的理论——叠加原理。

基于这个原理，n个量子位可同时表示多达2^n个不同状态的任意叠加。

现在再尝试一下。前面是哪一边？

这个很有意思有趣的。虽然目前你可能不太确定，然而一旦你确定了一个立方体的正面，你也就明白了第二个立方体的位置分布。不知何故，两个在空间相距很远的立方体纠缠在了一起。

量子纠缠描述了两个或更多个物体相互纠缠在一起的量子态现象，即使各个物体可以在空间上分开。

量子纠缠是量子计算机运行的超临界部分。量子计算机设置纠缠并测量输出，将量子态叠加塌缩为0和1（或经典状态）。量子世界中的许多算法只能在一定概率下给出正确答案。但是，通过反复初始化、运行和测量量子计算机的结果，获得正确答案的概率可以得到提高。

3.对区块链的威胁

如上所述，区块链使用的加密技术被公认为是不可破解的，除非通过庞大的计算能力进行暴力攻击。这一概念类似于用于因特网上的通信加密技术。

量子计算机因其超强的计算能力，理论上可以破解当今的公钥密码，因此它对区块链构成了威胁。

然而，量子计算的扩展遭遇到了挑战。

量子比特非常脆弱。即使是环境噪声也可能导致它失去相干性，从而破坏粒子的量子特征。

对于每个有用的量子比特，你需要10到100个量子比特来纠正错误。因此，它很难扩展。对这一领域的研究正在如火如荼地开展中，一些研究成果包括拓扑量子计算机已经公诸于世。

4.量子计算世界中区块链的未来是什么？

当安德森·霍洛维茨的联合创始人马克·安德森被问及区块链的问题时，他是这么回答的：

“你只要找到这样一种聪明人来解决区块链的问题就行了，这种人一旦听说向量计算中出现什么难题，就会变得异常兴奋。”

抛开他的乐观主义不谈，解决量子世界中区块链的问题十分棘手。

其中一个潜在的解决方案是量子区块链，它使用量子加密技术。这是由新西兰惠灵顿维多利亚大学的德尔·拉詹和马特·维瑟提出的。这个想法很简单——计算机的计算速度越快，这个难题会变得愈加复杂。他们的想法是使用与时间相互纠缠的量子粒子来创建区块链。这将允许单个量子粒子在不破坏之前的所有粒子的前提下，对它们进行编码，并且这种方式不会被黑客入侵。

然而，对于已经受到限制的区块链来说，这将会对它的扩展产生更进一步的影响。

虽然区块链的未来充满变数，但它确实非常有趣。