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Google Willow量子突破：魔法态错误降40倍，比特币安全遭质疑

2026-10-19 16:32:56 | 来源： | 作者：佚名
谷歌Willow芯片在魔法态制备上把错误率降了约40倍，逻辑保真度到了99.99%,但这离真能破解比特币私钥还差很远，现有硬件规模也不够,文章顺带讲了链上已暴露公钥的存量风险、老地址的长期隐患，还有行业现在怎么推后量子地址方案、普通人能做哪些地址管理

Google Willow量子突破：魔法态错误降40倍，比特币安全遭质疑

Google 的 Willow 芯片将魔法态准备错误降低了 40 倍

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Google Quantum AI 于 2026 年 10 月 15 日报告，其 Willow 超导处理器在准备魔法态（专用于通用容错计算的量子资源）时，错误率降低了约 40 倍。这项成果已发表于《Science》，在经过品质检测后，所保留的态达到 99.99% 的逻辑保真度，仅使用了芯片 105 个量子位中的最多 54 个。魔法态能实现非 Cliffords 运算，而此类运算无法由传统的错误校正电路有效提供。传统的提纯方法长期被预期会消耗未来机器的大部分容量，有时估计高达 90 至 95%。培育法通过协调测量过滤嘈杂输入，并舍弃失败尝试，留下纯度更高的态，这些态可嵌入更大的表面码编码中。

这项进展并未立即创造恢复 比特币私钥 的能力。目前的错误率仍远高于实际密码分析所需的水准，而仅约 8% 的准备尝试成功率，凸显了仍存在的工程限制。然而，此示范验证了一种先前主要停留在理论层面的技术，并减少了密码学相关量子电脑蓝图中最大的资源开销之一。谷歌研究人员于 2026 年 3 月的独立建模显示，在所列假设下，使用超导硬件破解比特币签名所依赖的 256 位椭圆曲线离散对数问题，可能仅需少于 1,200 个逻辑量子比特和不到 500,000 个物理量子比特，部分攻击电路可在数分钟内完成。改进的状态准备与降低的资源估计相结合，已加剧了对那些公钥已出现在区块链上的比特币地址的审视。

Willow 通过培育过滤实现了纪录级的魔术态保真度

Google Quantum AI 的实验证明，魔法态培育可在真实的超导硬件上运作。研究人员将一个嘈杂的初始态注入 Willow 处理器的一小区域，并应用重复的协调测量以检测错误。失败的尝试被舍弃，最终在约 8% 通过所有检测的试验中，产生了逻辑保真度至少为 0.9999 的培育 T 态。该协议相较于未培育的基线注入，实现了约 40 倍的错误减少。该研究还包含一个代码切换步骤，将纯化态从距离-3 的颜色码转移到距离-5 的表面码，证明了培育态能够在转移至更适合大型运算的编码中存活。这些步骤需要新的量测技术来处理以往会损害基准测试有效性的实验室噪声源，例如电气漂移和温度变化。

该结果解决了一个长期被认知的瓶颈。像Shor算法所必需的非Clifford闸，需要高品质的魔术态，而这些态无法仅靠标准稳定子操作产生。早期的资源分析将这些态的提纯视为容错架构中的主要成本中心。通过表明培育可在现有硬件上提供可用的保真度，Willow实验为理论预测提供了实证支持，即态制备的开销可大幅降低。谷歌研究人员指出，进一步降低物理噪声应能以立方方式改善培育态的错误率，从而放大每一代硬件进步带来的收益。然而，此示范仍限于小规模，作者本身强调，必须先证明更大规模的培育可行，此方法才会对全规模机器变得实用。

Magic States 提供 Shor 算法所需的非 Cliffords 资源

Shor 算法在理论上可以解决保护比特币数字签章的椭圆曲线离散对数问题。该算法在错误校正硬件上的运行，依赖于包含非 Cliffords 运算的通用闸集合。魔法态是在标准容错架构下实现这些运算的消耗性资源。一旦公钥被得知，一台足够强大的量子电脑运行优化电路，即可恢复对应的私钥，并产生一个 比特币网络 会认可为真实的签章。2026 年 3 月 Google 的资源估计指出，此类电路所需的逻辑量子比特少于 1,200 个，大约 9,000 万个 Toffoli 闸，在其超导假设下，对应的物理量子比特少于 50 万个，运行时间以分钟计。

魔态品质直接影响所需机器的规模与速度。预备状态中较低的错误率可减少用于生成与纯化这些状态的实体硬件数量，从而释放容量以进行攻击本身的算术运算。因此，Cultivation 的实验成功通过确认最昂贵的预备步骤之一可更有效率地完成，提升了较低资源数字的可信度。目前约每 10,000 个中出现 1 个错误的保真度，仍远远未达大规模密码分析通常所需的约每 100 亿个中出现 1 个错误的水准，但进展的方向十分明确。每次对状态预备的验证性改进，都缩短了当前实验室设备与密码学相关系统之间的工程路径。

2026 年 3 月模型降低 ECDLP 攻击的预估物理量子比特数量

在2026年3月底发布的一篇论文中，谷歌研究人员与合作伙伴提出了用于解决256位椭圆曲线离散对数问题的更新电路架构与资源估算。其中一种设计使用了少于1,200个逻辑量子比特和9,000万个Toffoli闸；另一种设计则使用了少于1,450个逻辑量子比特和7,000万个Toffoli闸。根据该研究中所提出的超导硬件假设，这两种设计均可映射至物理量子比特少于500,000个的机器。这些估算值相较于早期一些预测（需数百万个物理量子比特）大约减少了20倍。更短的运行时间也提高了「即时支出」攻击的可能性，一旦公钥在记忆池中变得可见，此类攻击便可在比特币平均十分钟的区块间隔内完成。

这些数字取决于模型，并基于对错误率、连接性和魔术态产生率的假设，并未描述现有的硬件。Willow 本身包含 105 个物理量子比特。然而，该建模通过显示算法与架构的改进，能比先前假设更积极地缩小具有密码学意义的量子电脑规模，从而转变了专家的讨论方向。当将十月的培育结果置于此背景下审视时，较低的量子比特数量与更高效的态制备结合，缩小了当前实验系统与可能威胁暴露比特币密钥的机器之间的预期差距。

公钥暴露已使数百万比特币处于脆弱状态

一旦比特币地址的公钥出现在区块链上，该地址便会变得易受量子攻击。早期的支付给公钥输出在创建时即揭示了公钥。任何曾被花费过的地址都会将其公钥永久地记录在区块链上。最近的区块链分析显示，处于此类暴露状态的比特币总量约为 670 万至 700 万 BTC 之间，根据精确的快照和分类方法，约占流通供应量的三分之一。P2PK 和部分 Taproot 输出的结构性暴露占据了相当大的比例，而地址重复使用则贡献了其余大部分。

风险呈非对称性。现代未使用的 BECH32 地址在首次发送交易前，其公钥始终保持隐藏。一旦发生首次支出，该公钥便会公开，该地址便归入长期暴露类别。重复使用地址或控制早期输出的持有者，一旦出现功能强大的量子计算机，将面临更长的潜在风险窗口。绝对数字会随交易活动每周波动，但整体规模在 2026 年全年始终足够庞大，足以引起安全研究人员、托管机构和行业联盟的关注。

中本聪时代的支付给公钥输出具有永久的链上可见性

最早期的比特币输出，通过支付给公钥脚本类型挖矿，直接在输出脚本中发布接收者的公钥。约 110 万 BTC 通常与被归因于中本聪的早期挖矿模式相关，并存于此类输出中。这些公钥自 2009 年或稍后便已公开于区块链上。无需所有者进行任何进一步操作，此信息已公开且永久存在。转移这些币需要对应私钥的有效签名。若私钥已遗失，在一般情况下这些币无法被移动。

此类曝光与现代地址类型不同，现代地址仅在花费时才揭示公钥。对于最古老的币币而言，「长期曝光」的时钟已运行了十五年以上。安全分析将这些资产视为未来具有密码学相关能力的量子电脑无需等待新交易即可针对的首批目标。同样的永久性也适用于其他仍为未花费的早期 P2PK 输出。高可见性与潜在休眠状态的结合，使萨特oshi时代的供应量成为讨论量子风险时的焦点，即使目前尚无实际攻击能力存在。

目前的错误率仍使密码学相关性遥不可及

在 Willow 上产生的培育魔法态，在保留的尝试中达到约每 10,000 次中出现 1 次错误的错误率。一般估计，破解比特币规模的椭圆曲线密钥需要魔法态错误率接近每 100 亿次中出现 1 次错误。两者之间的差距仍约为六个数量级。在所报告的实验中，仅约 8% 的准备尝试通过了品质过滤器，因此可用态的有效生产率远低于原始试验次数。谷歌研究人员指出，进一步降低物理硬件的杂讯将使培育态的保真度呈立方级提升，但此类改善尚未在所需规模上得到验证。

这些数字现实使威胁在目前仍属理论性。现有的任何量子处理器都无法运行从公钥恢复 secp256k1 私钥所需的完整操作串行。Willow 的成果仅提升了整体堆栈中的一个组件；它并未提供完整的容错机器。因此，追踪该领域的分析师仍继续认为，即使在最乐观的路线图下，具有密码学意义的量子电脑仍需数年才能实现，同时也承认连续的实验成功可能缩短先前的时间表。

接受率与扩展性仍是实际的障碍

实验中观察到的 8% 保留率意味着大多数准备尝试都会被舍弃。在需要每秒消耗数十万个高品质魔法态的完整密码分析电路规模下，如此低的产率会带来沉重的开销，除非随着规模扩大或物理错误率改善，接受率能显着提升。该实验本身最多使用了 54 个量子比特。将同一协议扩展至资源估算中所预计的数十万个物理量子比特，会引入新的校准、连接性和错误相关性挑战，而这些问题在硬件上尚未解决。

谷歌对此结果的评论强调，在将此技术应用于实际量子计算之前，仍需进行更大规模的示范。在这些示范成功且接受率提升之前，该技术所预期的资源节省仍属暂时性。实验室的里程碑确实真实且重要；但将其转化为可用于密码学相关机器的生产级子系统，则是另一项独立且重大的工程任务。

比特币协议讨论聚焦于新地址格式

比特币开发者已审视后量子地址设计，包括如 BIP-360 等提议，旨在让公钥更长时间保持在链下。这些设计将通过延迟公钥变得可见的时刻，来改变新创建输出的暴露特性。实现此类设计需要软分叉以及网络内的广泛共识。截至 2026 年 10 月中旬，这些提议仍处于讨论和草案阶段，而非已激活的代码。钱包软件和基础设施提供者也需采用新格式，才能让大多数经济活动受益。

比特币共识过程的缓慢节奏是刻意为之。对共识规则的更改会带来系统性风险，因此需经过广泛审查。包括Willow种植结果在内的连续量子里程碑的出现，增加了该审查的感知紧迫性，但并未改变其激活所需的技术和社会条件。在此期间希望降低风险的持有者，可避免地址重复使用，并将资金转移至从未花费过的新地址，从而缩小公钥可见的时间窗口。

行业团体与托管机构已开始协调规划

2026 年，多家公司以量子联盟的名义组成联盟，共同开发比特币及其他网络的后量子准备方案。托管机构、交易所和安全公司已发布关于暴露供应链和迁移路径的分析。部分公司已开始制定内部路线图，以在标准和协议支持成熟后支持后量子签名方案。这些努力将此威胁视为长期性，但足以构成当前进行准备的合理性，因为软分叉激活、钱包更新和用户迁移需要时间。

行业内的协调因风险承受能力不同以及对确切时间表的不确定性而变得复杂。控制大量客户资金的实体面临着特别的压力，需要证明其准备就绪，而个别持有者则仍保有管理自身地址卫生的能力。公钥暴露已存在于相当大比例的供应量中，这一共识已将讨论从抽象的密码学转向具体的运营规划。

一旦机器成熟，即时消费窗口可能会变得相关

如果在2026年3月建模中预测的量子电脑速度最终实现，攻击者在观察到记忆池中的公钥后，理论上可以恢复私钥，并在原始交易确认前广播竞争交易。比特币平均十分钟的区块间隔提供了一个有限的时间窗口。更快的量子运行时间将缩短该窗口，并提高防御措施的优先级，例如对高价值转帐采用更短的确认预期，或进行进一步延迟密钥暴露的协议更改。

目前的硬件性能远未达到所需水准，但仿真已使此情境成为正式风险讨论的一部分。针对即时支出攻击的防御措施，与针对长期暴露的休眠币所需的防御措施不同。前者可通过运营实践和最终的协议升级来缓解；后者则取决于所有者在攻击变得可行前转移资金的能力。因此，这两类风险均在审查中，尽管硬件能力仍属愿景。

连续的硬件世代叠加了错误率的提升

Google 预测，降低 Willow 等设备的底层物理噪音，将以三次方依赖性改善培育的魔术态错误率。因此，每一代将物理错误率减半的技术，都能显着提升准备态的品质。结合电路设计与解码的算法优化，这些叠加效应为乐观预测奠定了基础：在持续进步下，具有密码学相关性的机器可能在未来十年内出现。

悲观的预测仍将同一个里程碑推得更远，并指出实验室示范与大规模容错系统之间仍存在许多未解决的工程问题。Willow 培育结果本身为这一趋势提供了一个数据点，证实了此前仅存于理论中的技术可在现有硬件上运行，从而支持了进一步降低噪声将显着提升量子态品质的假设。观察到的扩展趋势是否在更多量子比特的情况下持续，将决定剩余差距闭合的速度。

持有者今天可通过地址卫生降低风险

个别比特币持有者可以通过从不重复使用地址，并将资金从早期或曾花费的输出移至从未出现在支出交易中的新地址，来限制其资金的长期暴露风险。此类做法无法完全消除量子风险，但能缩小已公开的公钥集合，从而减少未来攻击者可用的时间。托管服务和硬件钱包软件越来越将此类安全措施列为标准建议。若控制密钥遗失，或所有者不愿或无法移动资金，则大型休眠资产将构成更困难的问题。

协议层的迁移路径最终将在后量子签名方案标准化并激活后，提供更强的加密保护。在这之前，最直接实际的步骤仍是控制现有区块链上公钥的可见性。Willow 的结果并未改变建议；它仅强调了采取主动措施的时间窗口是有限的，尽管其确切长度仍不确定。

时间表不确定，因此做好准备是理性应对方式

目前尚无共识能确定具有密码学相关能力的量子电脑何时会出现。基于一系列实验里程碑的乐观评估，包括三月的资源估算与十月的培育示范，预计在 2030 年代初期至中期将具备实际能力。更保守的评估则强调在量子比特数量、错误率、连接性与系统工程方面仍存在巨大差距。缺乏明确的时间点并不能消除提前准备的必要性。软分叉激活、钱包升级以及受影响币种的迁移，均需多年协调工作。

在硬件威胁仍遥远之际便开始进行相关工作，这正是越来越多行业参与者所采用的方法。Willow 实验是多年进展中的一个数据点，而非突然的转折点。它验证了一项重要技术，从纸面上减少了主要的资源开销，并持续关注椭圆曲线密码学的长期安全性。比特币的回应将取决于其最终协议升级的速度与品质，以及持有者和托管方对现有风险的应对程度。

常见问题

Google 在 2026 年 10 月以 Willow 处理器展示了什么？

Google Quantum AI 展示了一种称为魔态培育的技术，可在其 105 量子位的 Willow 超导芯片上运行。该协议与未经培育的基线相比，将所制备状态的错误降低了约 40 倍，并在约 8% 通过所有品质检查的尝试中，产生了逻辑保真度达 99.99% 的 T 状态。该实验还成功将培育后的状态转移至更大的表面码编码中。这项工作已发表于期刊 Science，并成为对数年前理论提出的培育方法的首次硬件示范。

这个结果是否意味着今天可以恢复比特币私钥？

不。目前实现的错误率仍比对比特币椭圆曲线签名进行实际攻击所需的错误率高出约一百万倍。Willow 本身仅有 105 个物理量子比特，远低于资源估算中所考虑的数十万个。此示范仅推进了未来容错机器的一个组件；它并未提供能够运行针对 secp256k1 密钥的 Shor 算法的完整系统。

目前有多少比特币被认为易受量子攻击？

2026 年进行的链上分析显示，总数约在 670 万至超过 700 万 BTC 之间，约占流通供应量的三分之一，具体数字取决于精确的快照日期和分类标准。该数字包括早期的支付给公钥输出，以及任何因支出或重复使用而使公钥变得可见的地址。该数字会随交易活动波动，但在近期的测量中一直保持在较高水平。

为何最古老的比特币持有量特别令人关注？

早期的支付给公钥输出会直接在输出脚本中发布接收者的公钥。因此，与最早矿工模式相关的大约 110 万 BTC 已在区块链上公开其公钥超过十五年。这些公钥无法事后隐藏。任何未来能够解决椭圆曲线离散对数问题的机器，都可以在不等待新交易揭示密钥的情况下针对它们。

长期暴露与短期暴露风险有何不同？

长期暴露风险适用于已永久记录在区块链上的公钥。短期暴露风险适用于现代地址，这些地址仅在支出广播时才揭示公钥，且仅在交易确认前处于脆弱状态。一旦出现密码学相关的量子电脑，长期暴露的公钥将为攻击者提供几乎无限的时间，而短期暴露的公钥仅提供从记忆池到确认的窗口期。

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