Google 的 Willow 量子突破為比特幣安全帶來新的疑問

2026/10/19 11:04:00

Google 的 Willow 芯片將魔法態準備錯誤降低了 40 倍

Google Quantum AI 於 2026 年 10 月 15 日報告，其 Willow 超導處理器在準備魔法態（專用於通用容錯計算的量子資源）時，錯誤率降低了約 40 倍。這項成果已發表於《Science》，在經過品質檢測後，所保留的態達到 99.99% 的邏輯保真度，僅使用了晶片 105 個量子位中的最多 54 個。魔法態能實現非 Cliffords 運算，而此類運算無法由傳統的錯誤校正電路有效提供。傳統的提純方法長期被預期會消耗未來機器的大部分容量，有時估計高達 90 至 95%。培育法透過協調測量過濾嘈雜輸入，並捨棄失敗嘗試，留下純度更高的態，這些態可嵌入更大的表面碼編碼中。

這項進展並未立即創造恢復比特幣私鑰的能力。目前的錯誤率仍遠高於實際密碼分析所需的水準，而僅約 8% 的準備嘗試成功率，凸顯了仍存在的工程限制。然而，此示範驗證了一種先前主要停留在理論層面的技術，並減少了密碼學相關量子電腦藍圖中最大的資源開銷之一。谷歌研究人員於 2026 年 3 月的獨立建模顯示，在所列假設下，使用超導硬體破解比特幣簽名所依賴的 256 位橢圓曲線離散對數問題，可能僅需少於 1,200 個邏輯量子位元和不到 500,000 個物理量子位元，部分攻擊電路可在數分鐘內完成。改進的狀態準備與降低的資源估計相結合，已加劇了對那些公鑰已出現在區塊鏈上的比特幣地址的審視。

Willow 透過培育過濾實現了紀錄級的魔術態保真度

Google Quantum AI 的實驗證明，魔法態培育可在真實的超導硬體上運作。研究人員將一個嘈雜的初始態注入 Willow 處理器的一小區域，並應用重複的協調測量以檢測錯誤。失敗的嘗試被捨棄，最終在約 8% 通過所有檢測的試驗中，產生了邏輯保真度至少為 0.9999 的培育 T 態。該協議相較於未培育的基線注入，實現了約 40 倍的錯誤減少。該研究還包含一個代碼切換步驟，將純化態從距離-3 的顏色碼轉移到距離-5 的表面碼，證明了培育態能夠在轉移至更適合大型運算的編碼中存活。這些步驟需要新的量測技術來處理以往會損害基準測試有效性的實驗室噪聲源，例如電氣漂移和溫度變化。

該結果解決了一個長期被認知的瓶頸。像Shor演算法所必需的非Clifford閘，需要高品質的魔術態，而這些態無法僅靠標準穩定子操作產生。早期的資源分析將這些態的提純視為容錯架構中的主要成本中心。通過表明培育可在現有硬體上提供可用的保真度，Willow實驗為理論預測提供了實證支持，即態制備的開銷可大幅降低。谷歌研究人員指出，進一步降低物理噪聲應能以立方方式改善培育態的錯誤率，從而放大每一代硬體進步帶來的收益。然而，此示範仍限於小規模，作者本身強調，必須先證明更大規模的培育可行，此方法才會對全規模機器變得實用。

Magic States 提供 Shor 算法所需的非 Cliffords 資源

Shor 演算法在理論上可以解決保護比特幣數位簽章的橢圓曲線離散對數問題。該演算法在錯誤校正硬體上的執行，依賴於包含非 Cliffords 運算的通用閘集合。魔法態是在標準容錯架構下實現這些運算的消耗性資源。一旦公鑰被得知，一台足夠強大的量子電腦運行優化電路，即可恢復對應的私鑰，並產生一個比特幣網路會認可為真實的簽章。2026 年 3 月 Google 的資源估計指出，此類電路所需的邏輯量子位元少於 1,200 個，大約 9,000 萬個 Toffoli 閘，在其超導假設下，對應的物理量子位元少於 50 萬個，執行時間以分鐘計。

魔態品質直接影響所需機器的規模與速度。預備狀態中較低的錯誤率可減少用於生成與純化這些狀態的實體硬體數量，從而釋放容量以進行攻擊本身的算術運算。因此，Cultivation 的實驗成功通過確認最昂貴的預備步驟之一可更有效率地完成，提升了較低資源數字的可信度。目前約每 10,000 個中出現 1 個錯誤的保真度，仍遠遠未達大規模密碼分析通常所需的約每 100 億個中出現 1 個錯誤的水準，但進展的方向十分明確。每次對狀態預備的驗證性改進，都縮短了當前實驗室設備與密碼學相關系統之間的工程路徑。

2026 年 3 月模型降低 ECDLP 攻擊的預估物理量子位元數量

在2026年3月底發布的一篇論文中，谷歌研究人員與合作夥伴提出了用於解決256位橢圓曲線離散對數問題的更新電路架構與資源估算。其中一種設計使用了少於1,200個邏輯量子位元和9,000萬個Toffoli閘；另一種設計則使用了少於1,450個邏輯量子位元和7,000萬個Toffoli閘。根據該研究中所提出的超導硬體假設，這兩種設計均可映射至物理量子位元少於500,000個的機器。這些估算值相較於早期一些預測（需數百萬個物理量子位元）大約減少了20倍。更短的運行時間也提高了「即時支出」攻擊的可能性，一旦公鑰在記憶池中變得可見，此類攻擊便可在比特幣平均十分鐘的區塊間隔內完成。

這些數字取決於模型，並基於對錯誤率、連接性和魔術態產生率的假設，並未描述現有的硬體。Willow 本身包含 105 個物理量子位元。然而，該建模透過顯示演算法與架構的改進，能比先前假設更積極地縮小具有密碼學意義的量子電腦規模，從而轉變了專家的討論方向。當將十月的培育結果置於此背景下審視時，較低的量子位元數量與更高效的態制備結合，縮小了當前實驗系統與可能威脅暴露比特幣密鑰的機器之間的預期差距。

公鑰暴露已使數百萬比特幣處於脆弱狀態

一旦比特幣地址的公鑰出現在區塊鏈上，該地址便會變得易受量子攻擊。早期的支付給公鑰輸出在創建時即揭示了公鑰。任何曾被花費過的地址都會將其公鑰永久地記錄在區塊鏈上。最近的區塊鏈分析顯示，處於此類暴露狀態的比特幣總量約為 670 萬至 700 萬 BTC 之間，根據精確的快照和分類方法，約佔流通供應量的三分之一。P2PK 和部分 Taproot 輸出的結構性暴露佔據了相當大的比例，而地址重複使用則貢獻了其餘大部分。

風險呈非對稱性。現代未使用的 BECH32 地址在首次發送交易前，其公鑰始終保持隱藏。一旦發生首次支出，該公鑰便會公開，該地址便歸入長期暴露類別。重複使用地址或控制早期輸出的持有者，一旦出現功能強大的量子計算機，將面臨更長的潛在風險窗口。絕對數字會隨交易活動每周波動，但整體規模在 2026 年全年始終足夠龐大，足以引起安全研究人員、託管機構和行業聯盟的關注。

中本聰時代的支付給公鑰輸出具有永久的鏈上可見性

最早期的比特幣輸出，透過支付給公鑰腳本類型挖礦，直接在輸出腳本中發布接收者的公鑰。約 110 萬 BTC 通常與被歸因於中本聰的早期挖礦模式相關，並存於此類輸出中。這些公鑰自 2009 年或稍後便已公開於區塊鏈上。無需所有者進行任何進一步操作，此資訊已公開且永久存在。轉移這些幣需要對應私鑰的有效簽名。若私鑰已遺失，在一般情況下這些幣無法被移動。

此類曝光與現代地址類型不同，現代地址僅在花費時才揭示公鑰。對於最古老的幣幣而言，「長期曝光」的時鐘已運行了十五年以上。安全分析將這些資產視為未來具有密碼學相關能力的量子電腦無需等待新交易即可針對的首批目標。同樣的永久性也適用於其他仍為未花費的早期 P2PK 輸出。高可見性與潛在休眠狀態的結合，使薩特oshi時代的供應量成為討論量子風險時的焦點，即使目前尚無實際攻擊能力存在。

目前的錯誤率仍使密碼學相關性遙不可及

在 Willow 上產生的培育魔法態，在保留的嘗試中達到約每 10,000 次中出現 1 次錯誤的錯誤率。一般估計，破解比特幣規模的橢圓曲線密鑰需要魔法態錯誤率接近每 100 億次中出現 1 次錯誤。兩者之間的差距仍約為六個數量級。在所報告的實驗中，僅約 8% 的準備嘗試通過了品質過濾器，因此可用態的有效生產率遠低於原始試驗次數。谷歌研究人員指出，進一步降低物理硬體的雜訊將使培育態的保真度呈立方級提升，但此類改善尚未在所需規模上得到驗證。

這些數字現實使威脅在目前仍屬理論性。現有的任何量子處理器都無法執行從公鑰恢復 secp256k1 私鑰所需的完整操作序列。Willow 的成果僅提升了整體堆疊中的一個組件；它並未提供完整的容錯機器。因此，追蹤該領域的分析師仍繼續認為，即使在最樂觀的路線圖下，具有密碼學意義的量子電腦仍需數年才能實現，同時也承認連續的實驗成功可能縮短先前的時間表。

接受率與擴展性仍是實際的障礙

實驗中觀察到的 8% 保留率意味著大多數準備嘗試都會被捨棄。在需要每秒消耗數十萬個高品質魔法態的完整密碼分析電路規模下，如此低的產率會帶來沉重的開銷，除非隨著規模擴大或物理錯誤率改善，接受率能顯著提升。該實驗本身最多使用了 54 個量子位元。將同一協議擴展至資源估算中所預計的數十萬個物理量子位元，會引入新的校準、連接性和錯誤相關性挑戰，而這些問題在硬體上尚未解決。

谷歌對此結果的評論強調，在將此技術應用於實際量子計算之前，仍需進行更大規模的示範。在這些示範成功且接受率提升之前，該技術所預期的資源節省仍屬暫時性。實驗室的里程碑確實真實且重要；但將其轉化為可用於密碼學相關機器的生產級子系統，則是另一項獨立且重大的工程任務。

比特幣協議討論聚焦於新地址格式

比特幣開發者已審視後量子地址設計，包括如 BIP-360 等提議，旨在讓公鑰更長時間保持在鏈下。這些設計將透過延遲公鑰變得可見的時刻，來改變新創建輸出的暴露特性。實現此類設計需要軟分叉以及網絡內的廣泛共識。截至 2026 年 10 月中旬，這些提議仍處於討論和草案階段，而非已啟用的代碼。錢包軟體和基礎設施提供者也需採用新格式，才能讓大多數經濟活動受益。

比特幣共識過程的緩慢節奏是刻意為之。對共識規則的更改會帶來系統性風險，因此需經過廣泛審查。包括Willow種植結果在內的連續量子里程碑的出現，增加了該審查的感知緊迫性，但並未改變其激活所需的技術和社會條件。在此期間希望降低風險的持有者，可避免地址重複使用，並將資金轉移至從未花費過的新地址，從而縮小公鑰可見的時間窗口。

行業團體與託管機構已開始協調規劃

2026 年，多家公司以量子聯盟的名義組成聯盟，共同開發比特幣及其他網路的後量子準備方案。託管機構、交易所和安全公司已發布關於暴露供應鏈和遷移路徑的分析。部分公司已開始制定內部路線圖，以在標準和協議支援成熟後支援後量子簽名方案。這些努力將此威脅視為長期性，但足以構成當前進行準備的合理性，因為軟分叉啟用、錢包更新和用戶遷移需要時間。

行業內的協調因風險承受能力不同以及對確切時間表的不確定性而變得複雜。控制大量客戶資金的實體面臨著特別的壓力，需要證明其準備就緒，而個別持有者則仍保有管理自身地址衛生的能力。公鑰暴露已存在於相當大比例的供應量中，這一共識已將討論從抽象的密碼學轉向具體的運營規劃。

一旦機器成熟，即時消費窗口可能會變得相關

如果在2026年3月建模中預測的量子電腦速度最終實現，攻擊者在觀察到記憶池中的公鑰後，理論上可以恢復私鑰，並在原始交易確認前廣播競爭交易。比特幣平均十分鐘的區塊間隔提供了一個有限的時間窗口。更快的量子運行時間將縮短該窗口，並提高防禦措施的優先級，例如對高價值轉帳採用更短的確認預期，或進行進一步延遲密鑰暴露的協議更改。

目前的硬體性能遠未達到所需水準，但模擬已使此情境成為正式風險討論的一部分。針對即時支出攻擊的防禦措施，與針對長期暴露的休眠幣所需的防禦措施不同。前者可透過運營實踐和最終的協議升級來緩解；後者則取決於所有者在攻擊變得可行前轉移資金的能力。因此，這兩類風險均在審查中，儘管硬體能力仍屬願景。

連續的硬體世代疊加了錯誤率的提升

Google 預測，降低 Willow 等設備的底層物理噪音，將以三次方依賴性改善培育的魔術態錯誤率。因此，每一代將物理錯誤率減半的技術，都能顯著提升準備態的品質。結合電路設計與解碼的演算法優化，這些疊加效應為樂觀預測奠定了基礎：在持續進步下，具有密碼學相關性的機器可能在未來十年內出現。

悲觀的預測仍將同一個里程碑推得更遠，並指出實驗室示範與大規模容錯系統之間仍存在許多未解決的工程問題。Willow 培育結果本身為這一趨勢提供了一個數據點，證實了此前僅存於理論中的技術可在現有硬體上運行，從而支持了進一步降低噪聲將顯著提升量子態品質的假設。觀察到的擴展趨勢是否在更多量子位元的情況下持續，將決定剩餘差距閉合的速度。

持有者今天可透過地址衛生降低風險

個別比特幣持有者可以透過從不重複使用地址，並將資金從早期或曾花費的輸出移至從未出現在支出交易中的新地址，來限制其資金的長期暴露風險。此類做法無法完全消除量子風險，但能縮小已公開的公鑰集合，從而減少未來攻擊者可用的時間。託管服務和硬體錢包軟體越來越將此類安全措施列為標準建議。若控制密鑰遺失，或所有者不願或無法移動資金，則大型休眠資產將構成更困難的問題。

協議層的遷移路徑最終將在後量子簽名方案標準化並啟用後，提供更強的加密保護。在這之前，最直接實際的步驟仍是控制現有區塊鏈上公鑰的可見性。Willow 的結果並未改變建議；它僅強調了採取主動措施的時間窗口是有限的，儘管其確切長度仍不確定。

時間表不確定，因此做好準備是理性應對方式

目前尚無共識能確定具有密碼學相關能力的量子電腦何時會出現。基於一系列實驗里程碑的樂觀評估，包括三月的資源估算與十月的培育示範，預計在 2030 年代初期至中期將具備實際能力。更保守的評估則強調在量子位元數量、錯誤率、連接性與系統工程方面仍存在巨大差距。缺乏明確的時間點並不能消除提前準備的必要性。軟分叉啟用、錢包升級以及受影響幣種的遷移，均需多年協調工作。

在硬體威脅仍遙遠之際便開始進行相關工作，這正是越來越多行業參與者所採用的方法。Willow 實驗是多年進展中的一個數據點，而非突然的轉折點。它驗證了一項重要技術，從紙面上減少了主要的資源開銷，並持續關注橢圓曲線密碼學的長期安全性。比特幣的回應將取決於其最終協議升級的速度與品質，以及持有者和託管方對現有風險的應對程度。

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常見問題

Google 在 2026 年 10 月以 Willow 處理器展示了什麼？

Google Quantum AI 展示了一種稱為魔態培育的技術，可在其 105 量子位的 Willow 超導晶片上執行。該協議與未經培育的基線相比，將所製備狀態的錯誤降低了約 40 倍，並在約 8% 通過所有品質檢查的嘗試中，產生了邏輯保真度達 99.99% 的 T 狀態。該實驗還成功將培育後的狀態轉移至更大的表面碼編碼中。這項工作已發表於期刊 Science，並成為對數年前理論提出的培育方法的首次硬體示範。

這個結果是否意味著今天可以恢復比特幣私鑰？

不。目前實現的錯誤率仍比對比特幣橢圓曲線簽名進行實際攻擊所需的錯誤率高出約一百萬倍。Willow 本身僅有 105 個物理量子位元，遠低於資源估算中所考慮的數十萬個。此示範僅推進了未來容錯機器的一個組件；它並未提供能夠運行針對 secp256k1 金鑰的 Shor 演算法的完整系統。

目前有多少比特幣被認為易受量子攻擊？

2026 年進行的鏈上分析顯示，總數約在 670 萬至超過 700 萬 BTC 之間，約佔流通供應量的三分之一，具體數字取決於精確的快照日期和分類標準。該數字包括早期的支付給公鑰輸出，以及任何因支出或重複使用而使公鑰變得可見的地址。該數字會隨交易活動波動，但在近期的測量中一直保持在較高水平。

為何最古老的比特幣持有量特別令人關注？

早期的支付給公鑰輸出會直接在輸出腳本中發布接收者的公鑰。因此，與最早礦工模式相關的大約 110 萬 BTC 已在區塊鏈上公開其公鑰超過十五年。這些公鑰無法事後隱藏。任何未來能夠解決橢圓曲線離散對數問題的機器，都可以在不等待新交易揭示密鑰的情況下針對它們。

長期暴露與短期暴露風險有何不同？

長期暴露風險適用於已永久記錄在區塊鏈上的公鑰。短期暴露風險適用於現代地址，這些地址僅在支出廣播時才揭示公鑰，且僅在交易確認前處於脆弱狀態。一旦出現密碼學相關的量子電腦，長期暴露的公鑰將為攻擊者提供幾乎無限的時間，而短期暴露的公鑰僅提供從記憶池到確認的窗口期。

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