突破性量子热发动机使更大的量子计算机更近一步

一种在近零温度下将热能转化为可用功的微尺度量子热发动机，为实现更高效的量子计算机铺平了道路。

阿尔托大学的科学家开发了第一台能够在超导电路中执行整个量子力学循环的机器。整个机器的尺寸小于沙粒。量子比特，即量子力学信息载体，被用作发动机中的物质。

学院教授Mikko Möttönen领导了该项目，该成果发表在Nature Communications上。该机器使用与汽车和发电厂发动机相同的基本原理。此类机器通过热能从温暖环境向寒冷环境的交换来产生功。

Aalto开发的机器在微观芯片上运行，在那里量子物理学支配着微小能量的行为。

研究人员使用一个冰箱来加热和冷却量子比特

该发动机包含一个与谐振器和量子电路冰箱相连的磁通可调transmon量子比特。Transmons已经是超导量子计算机中常见的组件。

工程师使用微波信号来控制它们，同时存储和处理量子信息。在这里，transmon取代了通常在标准发动机内部作为工作物质的气体。

该冰箱执行了两个相反的任务。普通热发动机通常依赖于单独的热源和冷源。Aalto团队改变了一个设备的设置，使其在过程的一部分中加热量子比特，而在另一部分中冷却它。研究人员还在精心选择的时间点改变了量子比特的能级。

该序列完成了量子奥托循环的所有四个部分。汽油发动机通过气缸内燃料和空气的压缩和膨胀使用普通的奥托循环。

新机器没有压缩气体。单个量子比特在保持低温的电路中交换极少量的能量。

研究第一作者Tuomas Uusnäkki解释了设置。“在我们的实验中，我们使用超导电路构建了一个纳米级热发动机，并在接近绝对零度的低温恒温器中运行它。其核心是一个transmon量子比特，这是现代量子技术的基本构建块之一，”Tuomas说。

比特币开发人员追踪量子算法如何影响网络安全

量子计算对比特币也很重要，尽管安全问题与热发动机是分开的。中本聪从未将经典暴力破解视为实际危险，这一点仍然成立。量子问题有两个方面。一个涉及哈希，另一个涉及数字签名。

Grover算法可以加速对可能答案的搜索。如果用于对抗SHA-256，它会将系统的有效保护从256位降低到大约128位。

这一水平仍然远远超出当今可用的机器。研究人员表示，攻击者需要比目前存在的任何硬件大得多的量子硬件。

Shor 算法提出了更大的担忧，因为它攻击的是签名而非哈希。足够强大的量子计算机可以从比特币（BTC）使用的椭圆曲线中已公开的公钥计算出私钥。

约有 700 万枚比特币，接近总供应量的 35%，存放在具有可见公钥的地址中。如果所需的硬件最终被制造出来，这些持仓可能会变得脆弱。

Alphabet Inc. (NASDAQ: GOOGL) 旗下的 Google Quantum AI 在 2026 年公布了一项研究，将破解比特币曲线所需的物理量子比特数量预测降低至约 500,000 个。现代量子计算机通常只有 1,000 到 1,500 个量子比特。

研究人员认为，基于纠错技术的进步，现实威胁出现在 2029 年至 2035 年之间。

中本聪在 2010 年多次讨论了哈希安全性，包括发生部分 SHA-256 碰撞的可能性。他提出的应对措施始终如一：开发者需要先确保诚实区块链的安全，然后替换受损的函数。

随后的比特币更新并未影响网络上使用的哈希函数。隔离见证（Segregated Witness）于 2017 年引入，而 Taproot 于 2021 年引入。

随着人们对 Grover 算法和 Shor 算法的认识提高，量子抗性大约在 2020 年成为开发者中的一个重要议题。