Google Willow 量子處理器實現重大錯誤率突破 比特幣加密安全性威脅升溫

Google Quantum AI 研究團隊近日在其 Willow 超導處理器上取得一項重大實驗突破，成功運用名為「魔法態培育」（magic state cultivation）的技術，將錯誤率較傳統製備方法降低約四十倍。這項成果於 2026 年 10 月 15 日發表於權威期刊《Science》，並同步在該公司研究部落格上發表摘要，是將此一理論概念轉化為實際硬體展示的首次成功案例，意義在於克服了量子計算領域長期以來最棘手的資源瓶頸之一。

長達二十年間，量子計算專家深知，要執行通用型容錯量子計算所需的非克利福德運算（non-Clifford operations），必須仰賴高品質的「魔法態」。然而，透過傳統蒸餾協定來生成這些魔法態，預估將消耗機器絕大部分的實體量子位元，部分估算甚至高達 95%，僅剩極少數容量可用於執行有意義的運算。更棘手的是，魔法態一旦消耗便無法重複使用，進一步限制了量子系統的可擴展性。

此次突破的培育協定，源自 Google 研究人員 Craig Gidney、Noah Shutty 及 Cody Jones 等人先前的理論研究，但此次首次實現硬體實證。該技術摒棄大量生產的概念，改採類似「選擇性過濾」的策略：將一個含有雜訊的候選態注入一小片量子位元區塊中，接著透過協調一致的測量運算，識別並剔除有缺陷的嘗試，並將存留下來的高純度態「培育」擴展為更穩健的編碼形式。

研究團隊在 Willow 上成功製備出 T 態（魔法態的一種關鍵變體），並達到 99.99% 的邏輯保真度。此外，他們也展示出將純化後的狀態在不同錯誤更正編碼之間轉移的能力，具體而言，是將距離 3 的色碼（color code）「嫁接」至距離 5 的表面碼（surface code），證明該技術能與處理器既有架構無縫整合。

研究人員指出，這項進展原則上可使有意義的量子程式在比先前估計少得多的量子位元上運行，規模可能僅為先前預測的十分之一。儘管如此，Google Quantum AI 強調，該技術仍需更大規模的驗證，且在實際應用前仍有許多工程瓶頸有待克服。不過，這項成果已將一個停留在理論階段的概念，轉化為在真實硬體上經過實驗驗證的具體事實，朝打造能處理超越古典極限問題的錯誤更正量子機器目標，邁出了關鍵一步。

這項進展發布之際，正值研究界持續警告量子運算最終可能對比特幣及其他數位資產所仰賴的密碼學構成威脅之際。先前包括 Google Quantum AI 於 2026 年 3 月發表的相關研究，曾將破解比特幣簽章所使用的橢圓曲線密碼學所需的硬體資源預估向下修正。該研究指出，一台具備足夠先進技術的超導系統，若擁有少於 50 萬個實體量子位元，可能在數分鐘內解出相關的離散對數問題，資源需求較先前部分估算減少約二十倍。

雖然目前沒有任何現有的量子處理器（包括僅有 105 個量子位元的 Willow）能接近該規模，且專家們強調具備密碼學威脅能力的量子機器仍需多年時間才會問世，但錯誤處理能力的提升與資源門檻的降低，促使各界呼籲加速遷移至後量子加密標準。歐洲監管機構及其他單位也先後指出，在商用量子系統普及之前，相關威脅便可能提前浮現，特別是針對那些公鑰已暴露在區塊鏈上的地址。培育技術本身的成果固然無法對當前的加密貨幣安全構成攻擊，但確實為縮小實驗室里程碑與更大型、更可靠系統之間的實際差距做出了貢獻。