⑴ “数字方案”央行数字货币CBDC，来自Algorand的新贡献
当前，中国数字人民币正在稳步推进，试点地区已经从“10+1”拓展到15个省市的23个地区，数字人民币累计交易笔数约2.64亿笔，金额约830亿元，商户门店数量达456.7万个。此外，欧盟和欧洲中央银行积极支持数字欧元，印度则承诺推出数字卢比。
在各国央行数字货币方兴未艾之际，由图灵奖得主、密码学先驱Silvio Micali教授创建的Algorand公链，作为2020年就被马绍尔群岛共和国选中作为发行全球首个央行数字法币的区块链基础设施，继续在中央银行数字货币（CBDC）领域展现赋能“未来金融”（FutureFi）的风采。
Algorand 研究团队7月12日发布了《使用 Algorand 发行中央银行数字货币》（Issuing Central Bank Digital Currency Using Algorand）年度报告，对一年多来全球各中央银行的CBDC进展进行了持续研究，提出了建立在两层零售系统中的公共区块链实例的CBDC混合模型。
在该模式下，中央银行对 CBDC 拥有完全控制权，同时商业银行、汇款服务商和其他金融 科技 公司等获得许可的服务提供商（LSP）能够促进分销和交易。与传统系统相比，基于区块链的零售 CBDC，还促进了更广泛的金融包容性，特别是对于那些在非正规经济中可能难以开设传统银行账户的人。总体而言，与传统的集中式数字货币相比，拟议的设计，可望有助于中央银行更简单、更经济地实现CBDC运作的规模化。
Algorand 研究团队于2021 年首次发布了关于CBDC的研究报告，本次报告新增了一个部分，聚焦 CBDC 的好处以及中央银行在更广泛数字时代背景下的首要作用。该报告定义了数字时代的四个关键趋势，包括不断增长的数字经济、作为新的商业模式的资产代币化、对替代货币形式的需求不断增长，以及去中心化金融作为一种新的金融系统。这些趋势直接挑战了中央银行的一项关键任务：确保价格稳定。公共区块链的用例，比如该报告提出的模型，有助于中央银行在数字时代继续履行其职责。
该报告由几位出色的经济学家和研究人员共同撰写。其中，Andrea Civelli 博士毕业于普林斯顿大学，专注于货币政策传导和通胀建模研究，目前是美国阿肯色大学沃尔顿商学院经济学副教授、Algorand 高级经济学家。
Co-Pierre Georg博士，南非开普敦大学副教授，南非储备银行（南非央行）金融稳定研究组主席，也是Algorand 基金会经济顾问委员会成员，他在德国耶拿大学获得博士学位，先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、牛津大学和哥伦比亚大学访学。
Pietro Grassano，Algorand欧洲业务解决方案总监，曾在 J.P Morgan工作超过 15 年，担任过该机构在法国、意大利、希腊等多个欧洲国家分支机构的领导职位。更早时期，他曾经在巴黎银行资产管理公司、安达信咨询公司工作。Naveed Ihsanullah，Algorand 工程研究主管，专注于分布式系统，在下一代应用安全软件领域拥有 20 多年从业经历。
除了引言和结论外，该报告其他6个部分的主要内容是：1、中央银行数字货币的好处：强调数字时代的四个主要趋势，对中央银行构成的挑战，也激发了中央银行应该发行 CBDC。2、设计高效的 CBDC：基于各种 CBDC 项目经验，概述了设计高效中央银行数字货币的原则。3、发行 CBDC 的经济考虑：讨论发行 CBDC 时的经济影响，从资产负债表和金融稳定影响到货币政策效果。4、Algorand 协议：Algorand 协议概述，包括设计原则和协议本身的高阶概述。5、使用 Algorand发行零售型 CBDC：Algorand 发行零售型CBDC 的方法，包括相关设计的考虑因素、Algorand网络支持用例的详细介绍。6、使用 Algorand 发行批发型 CBDC：Algorand 的批发型 CBDC 的设计方法和相关用例。
Algorand 顾问强调CBDC是商业银行的生命线
CBDC出现后，从国际范围看，还存在一定的分歧。一些国家的商业银行甚至将央行可能发行的数字法币视为生存威胁。
《使用 Algorand 发行中央银行数字货币》研究报告的主要作者之一、南非开普敦大学副教授、Algorand 基金会经济顾问Co-Pierre Georg博士，在近期接受媒体采访时认为：“商业银行真的不应该将数字法币视为威胁”，“央行数字货币正在为商业银行提供生命线。”
对于大型 科技 公司越来越多地涉足银行服务的状况，目前担任南非储备银行金融稳定研究组主席的Georg认为：“商业银行确实倒退了，他们会害怕 科技 巨头们。”
正如中央银行已将基于区块链、与法定货币挂钩的稳定币视为调控经济的潜在威胁，商业银行也意识到，如果Facebook的 Libra 幸存下来，“如我们所知的，这将是银行业的终结，”Georg说，“那将是一个不受金融监管的实体，拥有 23 亿客户和比摩根大通银行市值更多的现金。包括美国的银行在内，如何与它竞争？他们做不到。”
Georg认为，问题在于商业银行是在建了围墙的花园内运营。“他们做产品，他们不做基础设施，”他说，“商业银行应该感谢央行在公共基础设施方面提供了一条生命线，它们都可以聚集在一起，可以竞争，重要的是，他们可以与 科技 公司竞争。”
“当你与市场上的许多参与者交谈时，他们将 CBDC 视为一种可以出售给中央银行的产品，”Georg说，“这不是正确的做法。如果你建立一个产品，你最终只是拥有 Facebook，而如果你建立基础设施，你最终会拥有互联网。”
这就意味着可以与互联网早期开发者们大致相同的方式共享信息，Georg声称，互联网领域用了大约 30年的时间来制定网络具有交互性的标准。同时，他还认为，CBDC 从一开始就具有互操作性的需求，可以做的事情太多了。
结合包括Algorand进行的研究，Georg 建议，一些国家的 CBDC 可以拥有不止一个账本和一个协议，不一定分为银行间批发 CBDC 和面向消费者的零售 CBDC。
“你可以拥有一个参与成本更高的零售分类账本，但它为你提供智能合约；你也可以拥有一个没有智能合约但每秒交易量非常高的零售分类账本，”Georg 说，“作为中央银行，可以同时操作两者。”
至于区块链，Georg 表示，一场不必要的争斗是，银行界的一些人将基于区块链的 CBDC 视为实时结算系统的竞争对手。
“现有的支付系统运行良好，”他说，而且价格低廉、运营可靠，“据我所知从未失败过。”但是，实时结算系统没有“促进我们从需要去中心化分类账的私人加密资产中看到的一些新创新”，例如物理或数字资产的代币化。鉴于加密货币的惊人增长，该领域显然存在潜力。
“如果你可以将其引入公共基础设施，假设受到良好监管、由受信任的机构维护，那么这种新型基础设施可以支持处于数字经济核心的新商业模式。我认为这就是为什么区块链进来的原因，”他说，“你需要一个分布式账本来确保这个系统中没有任何人可以复制数据，区块链的秘密超能力就在于它使数据独一无二。”
就潜力而言，他指出“支付系统的最后一次迭代出现在 60 和 70 年代，当时引入了数字支付。”因为技术的支持，“区块链确实可以促成新的商业模式。”
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⑵ 可编程货币：如何改变我们的整个价值转移体验
伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校电气和计算机工程教授：安德鲁·辛格（Andrew Singer）说：新冠病毒激发了支付方式“能够在短短几秒内，而无需（分发）成本。这将是茄让一个无需考虑的问题。”
可编程货币 正在流行！这可能是货币进化的下一个阶段。而且它的破坏性可能与当今发展中的任何金融技术一样。
是的，我国即将大规模推出首个中央银行数字货币（DCEP），或许在未来12个月内，但如果是这样的话，它将在10年前被CBDC 2.0所取代，也就是说，附着在区块链智能合约上的数字货币。至少，很多人都是这么想的。
可编程货币是有限制的货币。一个类似的例子是食品券，受赠者可以得到相当于钱的优惠券，这些优惠券只能用来买食物，而不能用来买酒、赌马、彩票或其他任何东西。在现代的伪装下，这些“食品券”是通过智能合约在区块链平台上交易的数字化代币。
上个月，IBM获得了一项“定制可编程加密令牌”的专利，这是美国授予的第一项PM专利，共同发明人乔纳森·罗森诺尔（Jonathan Rosenoer）告诉《Cointelegraph》杂志。
“可编程令牌正在被越来越多地讨论！”，法兰克福金融与管理学院智囊团法兰克福学校区块链中心（FSBC）的研究助理兼项目经理Jonas Gross告诉我们。
例如，在德国，财政部与德国央行最近成立了一个工作组，致力于开发可编程欧元。
商业交易平台Tradeshift的联合创始人格特·西尔维斯特（Gert Sylvest）表示：“ Covid正在以可编程货币推动一场缓慢的海啸。” 它可以加速电子商务中向可编程货币的过渡。自大流行以来，“我们看到了利率的飙升”，尤其是在随后的流动性危机，包括付款放缓的情况下。他说，许多公司现在已经准备好让可编程资金（包括自动应付账款/应收账款结算）焕然一新。
借助IBM的新发明（“美国专利10,742,398，Rosenoer等人，2020年8月11日”），可以将加密令牌的参数（约束）存储在令牌本身中，或者：“可以将其存储在链上”或由令牌内存储的哈希标识符引用的链下数据库！”。 共同发明人Rosenoer认为，该代币具有促进许多 社会 /经济目的的潜力，包括在发生自然灾害或战争时提供人道主义援助。例如：
“慈善机构或难民机构可以向难民发放这张证明。这些企业也可以获得类似的认证。然后，可以向难民发放代表资金的编程代币，并将其保存在他/她的手机上。难民只能用它们来支付经认可的企业提供的商品和服务。难民也可以把他们转移给其他难民。”
他补充道，可编程代币可以由个人创建（“你可以创建自己的andrecoin”）、企业、慈颤陆局善机构、银行、政府或其他实体。在后端，审核员可以接收关于谁持有代币以及它们在哪里被使用的自动报告。“意料之外的模式，指示Skimming或勒索，可以触发警报和异常处理，”罗森诺尔指出。（“Skimming”是运送人道主义援助的一个大问题。即使在援助到达时，接受者有时也会被抢劫，另一个担忧是可编程代币可以减轻这种担忧。）
今天可编程令牌的状况如何？ Rosenoer说，DLT/区块链领域几乎没有任何产品的生产级部署，但这种情况可能会改变。政府可以使用可编程代币来实施经济禁运。代币可以被 编程 ，这样它的价值就可以在世界上任何地方赎回，但不能在朝鲜或伊朗。他补充道：“初创企业的人正在向前发展（用例）。”。
波士顿咨询集团（Boston Consulting Group）旗下Platinion（阿姆斯特丹）公司董事总经理兼合伙人卡杰•伯查迪（Kaj Burchardi）说：“在美国，这对政府发放冠状病毒刺激计划支票（所谓的直升机支付给每个纳税的美国公民，如果可以选择可编程货币的话）来说，那将是一件好事。”……他告诉杂志：“这本可以在几秒钟内完成，而且不需要任何成悉弯本（从分销角度来说）。这将是一个无需考虑的问题。”
尼科西亚大学（塞浦路斯）的乔治·贾格利斯教授告诉《每日电讯报》杂志：
虽然今天存在着许多形式的这种货币，大多数加密货币都有较高或较低的可编程程度，围绕CBDC的讨论大多涉及数字货币，而不是有条件的货币。
乔治·贾格利斯教授补充两点说法：
今年3月，德国政府组织了一次黑客竞赛，以寻找应对Covid-19危机的创新方法。一个很有希望的提议是分散的通用欧元：“dezentraler gemeinschaftlicher Euro”（dgE）或Diggi，这是一种政府分发的基于区块链的代金券，只能用于经济重灾区的参与企业。德国数字化国务部长多萝茜•Bär表示，“该系统将使较小的公司能够参与援助计划”。
波士顿咨询集团（Boston Consulting Group）的伯查迪（Burchardi）告诉我们：
德国银行协会（AGB）在一篇博客中指出：“与传统数字货币一样，新形式的加密货币具有重大的技术创新：它们可以与所谓的“智能合约”相连。该组织表示，德国私人银行将可编程数字货币视为“具有巨大潜力的创新，可以成为数字化发展下一阶段的关键组成部分”。
格罗斯告诉我们，虽然可编程的CBDC在不久的将来不可能在美国或欧洲出现，但“可编程代币将在短期内成为代币化的商业银行货币或电子货币”——未来一到三年。“目前，银行加大了引入商业银行货币支持的可编程代币与银行账户挂钩的努力。”政府资助的项目如CBDC 2.0可能需要更长的时间。
提供人道主义援助是一个预计的PM用例，在采访中被反复引用。他告诉我们，罗森诺尔在印度孟买生活了两年半，那里被“令人震惊的贫困”所包围，那里对穷人的援助被中间人偷走了，数量惊人。穷人无法进入银行，但今天许多人有手机。不用太多麻烦，他们就可以通过手机接收数字货币，完全绕过银行系统。
可编程代币可以加强对援助支付的控制，在国家一级追踪和追踪资金流动，利用联系分析来发现欺诈和腐败。付款去向如何？为什么这么多的东西流向一个地方？“这才是真正的希望!”……罗森诺尔说：根除了让穷人贫穷的制度腐败。发展中国家需要这样一种工具，比美国或欧洲“很多事情已经足够好了”更需要这样的工具。
罗森诺尔建议，可编程货币可以使全球金融交易保持对当地法律法规的遵守：“假设你有一个标记化资产，你想出售。我们称之为长期债务。法律规定，我只能把它卖给一个合格的投资者，一个拥有一定净资产和年收入的投资者，或者我可以把它卖给外国投资者。”。如果罗森诺尔将其资产出售给他们，如果他们受美国司法管辖，他们可能必须持有资产一段时间，然后他们只能出售给合格投资者或外国投资者。
“我可以对我的代币进行编程，以确保持有它的人符合这些要求，”罗森诺尔继续说道。
麻省理工学院媒体实验室数字货币倡议主任奈哈·纳鲁拉说：“未来，货币是可编程的！”。
PM可以创造一个目前难以想象的世界。奈哈·纳鲁拉还说道：“想象一下这样一个世界，我可以把我的医疗保健数据出租给一家制药公司。他们可以运行大规模的数据分析，并向我提供一个加密证明，表明他们只是以我们同意的方式使用我的数据。他们可以付钱给我。”
可编程代币可用于帮助实现环保目标，如消除世界海洋中的塑料垃圾。例如，在去年马尼拉湾的一次海岸清理中，当地渔民收集了3吨垃圾，大部分是塑料垃圾，并用以太坊的ERC-20代币支付他们的劳动报酬。Coins.ph帮助将加密算法转换成法定货币。像这样的努力似乎为两个看似棘手的问题提供了一个巧妙的解决办法：发展中国家的贫困和海洋塑料废物。
在可编程货币成为日常现实之前，还有哪些障碍需要克服？ 哥本哈根大学的卡尔·维克托·冯·瓦赫特（Carl Victor von Wachter）在接受《Cointelegraph》杂志采访时表示，“必须克服区块链在全国范围内的可扩展性问题。此外，许多技术和应用还有待于最终用户的改进。这项技术目前在用户界面和用户体验方面过于复杂。”
Anyblock Analytics GmbH的联合创始人兼首席数据官弗雷迪·兹万茨格（Freddy Zwanzger）告诉我们，人们需要在处理数字货币及其作为法定货币替代品的有用性方面接受更好的教育。用日常用语“比如优惠券和忠诚积分”来帮助他们理解概念，可能会有所帮助。
格罗斯说，人们对可编程代币的潜在利益普遍缺乏了解，公共机构（如央行和政府）与将成为可编程代币主要用户的工业部门之间的合作不足。持续的监管不确定性也无济于事。
西尔维斯特补充说，任何数字支付解决方案都必须执行基本的KYC（了解你的客户）检查，并开发可信的治理协议。“一旦（数字）支付开始通过不同的管道流动，它们就成为监管机构的挑战。”
AGB副董事兼数字化主管托比亚斯•坦纳（Tobias Tenner）解释说，如果首相要坚持己见，“必须考虑隐私和匿名问题”，这一点很多人都同意。与比特币（Bitcoin，BTC）相比，比特币（Bitcoin）提供了相对较高的隐私度——用户不容易被监控——可编程代币是为可追踪性而设计的。然而，Rosenoer说，有一些方法可以将隐私设计到代币中，例如，使用零知识证明，可以确认一个人确实拥有声称拥有的资产，而不必透露该个人的真实身份。
伯查迪认为，一个 社会 可能只能容忍这么多的可追溯性。不是每个人都希望政府追踪他们所做的一切。因此，考虑何时应用可追溯性和何时不应用是很重要的。可能有门槛，例如： 低于1000美元的交易将无法追踪 。
广泛使用PM最有可能的时间范围是什么？ 罗森诺尔说，“大规模非BTC数字货币的出现泛滥！”。要么是2020年底，要么是2021年初，它很可能以中国DCEP的形式出现，要么是脸书的Libra。坦纳还补充说，“在未来五年内，由私人银行发行的可编程欧元可能与Libra等其他可编程电子货币共存”。
Zwanzger说：“在我看来，需求是存在的，但技术在用户体验、采用等方面还不完全存在，更大的障碍是进入人们/用户的头脑（和心灵）。例如，甚至在区块链出现之前，就有过使用本币的实验，但这些实验并没有成功。我不认为新兴的区块链技术至少在未来一到三年内能够改变这种状况。”
英国达勒姆大学（Durham University）金融经济学教授凯文•多德（Kevin Dowd）提出了一个更为怀疑的观点。“在我看来，可编程代币还没有证明它们能够实现优于或低于现有技术所能实现的结果的可行性。他告诉《每日电讯报》杂志。
正如Burchardi在波士顿咨询集团（Boston Consulting Group）的博客中所指出的，过去10年讨论的大多数CBDC模型并没有真正解决可编程数字货币的可能性。但它们提醒我们，当可编程货币在政府层面得到大规模采用时， 社会 /经济的全面变革可能随之而来：
“大约10年前引入的第一代CBDC的互操作性和可编程性有限。下一代，被称为cbdc2.0，将可能在国家或超国家层面（以欧洲央行为例）。这些货币可能有助于货币政策的自动化，从而减轻新兴经济体恶性通胀的风险，减少购买力不平等。”
正如报告指出的，对政府来说，也许最具吸引力的价值主张是：
⑶ 强大的量子计算机可以破解加密并解决经典计算机无法解决的问题
强大的量子计算机可以破解加密并解决经典机器无法解决的问题。虽然目前还没有人成功制造出这样的设备，但最近我们看到了进步的步伐——那么，会是新的一年吗？目前，注意力集中在一个被称为量子霸权的重要里程碑上：在合理的时间范围内，量子计算机能够完成经典计算机无法完成的计算。
谷歌在2019年首次使用具有 54 个量子位（常规计算位的量子等价物）的设备来执行称为随机抽样计算的基本上无用的计算，从而实现了这一目标。2021 年，中国科学技术大学的一个团队使用 56 个量子比特解决了一个更复杂的采样问题，后来又用 60 个量子比特将其推得更远。
但IBM 的Bob Sutor表示，这种跨越式 游戏 是一项尚未产生真正影响的学术成就。只有当量子计算机明显优于经典计算机并且能够解决不同问题时，才能实现真正的霸权，而不是目前用作基准的随机抽样计算。
他说，IBM 正在努力实现“量子商业优势”——在这一点上，量子计算机可以比传统计算机更快地为研究人员或公司解决真正有用的问题。Sutor说，这还没有到来，也不会在新的一年到来，但可以预期在十年内。
量子软件公司Classiq的联合创始人Nir Minerbi则更为乐观。他认为，新的一年将在一个有用的问题中展示量子霸权。
还记得第一辆电动 汽车 问世的时候吗？它们对于开车去杂货店很有用，但也许不适合开车300公里送孩子上大学。就像电动 汽车 一样，量子计算机会随着时间的推移变得越来越好，使其在更广泛的应用中发挥作用。
解决实际问题存在许多障碍。首先是设备需要数千个量子比特才能做到这一点，而且这些量子比特也必须比现有的更稳定和可靠。研究人员很可能需要将它们分组在一起，以作为单个“逻辑量子比特”工作。这有助于提高保真度，但会削弱规模的改进：数千个逻辑量子位可能需要数百万个物理量子位。
随着时间的推移，量子计算机会变得更好，在一系列应用中变得有用
研究人员还致力于量子纠错，以在出现故障时对其进行修复。谷歌在2021年7月宣布，其Sycamore处理器能够检测并修复其超导量子比特中的错误，但执行此操作所需的额外硬件引入的错误多于修复的错误。马里兰州联合量子研究所的研究人员后来设法用他们捕获的离子量子比特通过了这个关键的收支平衡阈值。
即便如此，现在还为时过早。如果通用量子计算机在新的一年解决了一个有用的问题，那将是“相当令人震惊的”。在任意时间内保护单个编码的量子位，更不用说对数千或数百万个编码的量子位进行计算了。
量子计算机需要多大才能破解比特币加密或模拟分子？
预计量子计算机将具有颠覆性，并可能影响许多行业领域。因此，英国和荷兰的研究人员决定 探索 两个截然不同的量子问题：破解比特币（一种数字货币）的加密以及模拟负责生物固氮的分子。研究人员描述了他们创建的一种工具，用于确定解决此类问题需要多大的量子计算机以及需要多长时间。
这一领域的大部分现有工作都集中在特定的硬件平台、超导设备上，就像 IBM 和谷歌正在努力开发的那样。不同的硬件平台在关键硬件规格上会有很大差异，例如运算速率和对量子比特（量子比特）的控制质量。许多最有前途的量子优势用例将需要纠错量子计算机。纠错可以通过补偿量子计算机内部的固有错误来运行更长的算法，但它是以更多物理量子比特为代价的。从空气中提取氮来制造用于肥料的氨是非常耗能的，改进这一过程可能会影响世界粮食短缺和气候危机。相关分子的模拟目前甚至超出了世界上最快的超级计算机的能力，但应该在下一代量子计算机的范围内。
我们的工具根据关键硬件规格自动计算纠错开销。为了让量子算法运行得更快，我们可以通过添加更多物理量子位来并行执行更多操作。我们根据需要引入额外的量子位以达到所需的运行时间，这严重依赖于物理硬件级别的操作速率。大多数量子计算硬件平台都是有限的，因为只有彼此相邻的量子位才能直接交互。在其他平台中，例如一些捕获离子的设计，量子位不在固定位置，而是可以物理移动——这意味着每个量子位可以直接与大量其他量子位相互作用。
我们 探索 了如何最好地利用这种连接遥远量子位的能力，目的是用更少的量子位在更短的时间内解决问题。我们必须继续调整纠错策略以利用底层硬件的优势，这可能使我们能够使用比以前假设的更小的量子计算机来解决影响深远的问题。
量子计算机在破解许多加密技术方面比经典计算机更强大。世界上大多数安全通信设备都使用 RSA 加密。RSA 加密和比特币使用的一种（椭圆曲线数字签名算法）有一天会容易受到量子计算攻击，但今天，即使是最大的超级计算机也永远不会构成严重威胁。研究人员估计，一台量子计算机需要的大小才能在它实际上会构成威胁的一小段时间内破解比特币网络的加密——在它宣布和集成到区块链之间。交易支付的费用越高，这个窗口就越短，但可能从几分钟到几小时不等。
当今最先进的量子计算机只有50-100个量子比特。“我们估计需要30[百万] 到3亿物理量子比特，这表明比特币目前应该被认为是安全的，不会受到量子攻击，但这种尺寸的设备通常被认为是可以实现的，未来的进步可能会进一步降低要求。比特币网络可以对量子安全加密技术执行‘硬分叉’，但这可能会由于内存需求增加而导致网络扩展问题。
研究人员强调了量子算法和纠错协议的改进速度。四年前，我们估计捕获离子设备需要 10 亿个物理量子比特才能破解 RSA 加密，这需要一个面积为 100 x 100 平方米的设备。现在，随着全面改进，这可能会显着减少到仅仅 2.5 x 2.5 平方米的面积。大规模纠错量子计算机应该能够解决经典计算机无法解决的重要问题。模拟分子可应用于能源效率、电池、改进的催化剂、新材料和新药的开发。进一步的应用程序全面存在——包括金融、大数据分析、飞机设计的流体流动和物流优化。
什么是量子启示录？
想象一个加密的秘密文件突然被破解的世界——这就是所谓的“量子启示录”。简而言之，量子计算机的工作方式与上个世纪开发的计算机完全不同。从理论上讲，它们最终可能会比今天的机器快很多很多倍。这意味着面对一个极其复杂和耗时的问题——比如试图解密数据——其中有数十亿的多个排列，如果有的话，一台普通的计算机需要很多年才能破解这些加密。但理论上，未来的量子计算机可以在几秒钟内完成这项工作。这样的计算机可以为人类解决各种问题。英国政府正在牛津郡哈威尔投资国家量子计算中心，希望彻底改变该领域的研究。
一种用于量子计算的新语言
Twist是麻省理工学院开发的一种编程语言，可以描述和验证哪些数据被纠缠在一起，以防止量子程序中的错误。时间结晶、微波炉、钻石，这三个不同的东西有什么共同点？量子计算。与使用比特的传统计算机不同，量子计算机使用量子比特将信息编码为0或1，或两者同时编码。再加上来自量子物理学的各种力量，这些冰箱大小的机器可以处理大量信息——但它们远非完美无缺。就像我们的普通计算机一样，我们需要有正确的编程语言才能在量子计算机上正确计算。
对量子计算机进行编程需要了解一种叫做“纠缠”的东西，这是一种用于各种量子比特的计算机，它可以转化为强大的能量。当两个量子位纠缠在一起时，一个量子位上的动作可以改变另一个量子位的值，即使它们在物理上是分开的，这引起了爱因斯坦对“远距离幽灵动作”的描述。但这种效力同样是弱点的来源。在编程时，丢弃一个量子位而不注意它与另一个量子位的纠缠会破坏另一个量子位中存储的数据，从而危及程序的正确性。
麻省理工学院计算机科学与人工智能 (CSAIL) 科学家旨在通过创建自己的量子计算编程语言 Twist 来解开谜团。Twist 可以通过经典程序员可以理解的语言来描述和验证量子程序中纠缠了哪些数据。该语言使用一个称为纯度的概念，它强制不存在纠缠并产生更直观的程序，理想情况下错误更少。例如，程序员可以使用 Twist 表示程序作为垃圾生成的临时数据不会与程序的答案纠缠在一起，从而可以安全地丢弃。
虽然新兴领域可能会让人感觉有点浮华和未来感，但脑海中浮现出巨大的金属机器的图像，但量子计算机具有在经典无法解决的任务中实现计算突破的潜力，例如密码学和通信协议、搜索以及计算物理和化学。计算科学的主要挑战之一是处理问题的复杂性和所需的计算量。经典的数字计算机需要非常大的指数位数才能处理这样的模拟，而量子计算机可能会使用非常少量的量子位来做到这一点——如果那里有正确的程序。 “我们的语言 Twist 允许开发人员通过明确说明何时不得与另一个量子位纠缠来编写更安全的量子程序，”麻省理工学院电气工程和计算机科学博士生、有关 Twist的新论文的主要作者 Charles Yuan 说. “因为理解量子程序需要理解纠缠，我们希望 Twist 为开发语言铺平道路，让程序员更容易应对量子计算的独特挑战。”
解开量子纠缠
想象一个木箱，它的一侧伸出一千根电缆。您可以将任何电缆从包装盒中拉出，也可以将其完全推入。
在你这样做一段时间后，电缆会形成一个位模式——零和一——取决于它们是在里面还是在外面。这个盒子代表了经典计算机的内存。该计算机的程序是关于何时以及如何拉电缆的一系列指令。
现在想象第二个外观相同的盒子。这一次，你拉一根电缆，看到它出现时，其他几根电缆被拉回了里面。显然，在盒子内部，这些电缆不知何故相互缠绕。
第二个框是量子计算机的类比，理解量子程序的含义需要理解其数据中存在的纠缠。但是检测纠缠并不简单。你看不到木箱，所以你能做的最好的就是尝试拉动电缆并仔细推理哪些是纠缠的。同样，今天的量子程序员不得不用手推理纠缠。这就是 Twist 的设计有助于按摩其中一些交错的部分。
科学家们设计的Twist具有足够的表现力，可以为着名的量子算法编写程序并识别其实现中的错误。为了评估Twist的设计，他们对程序进行了修改，以引入某种对于人类程序员来说相对不易察觉的错误，并表明Twist可以自动识别错误并拒绝程序。
他们还测量了程序在运行时方面的实际执行情况，与现有的量子编程技术相比，它的开销不到4%。
对于那些担心量子在破解加密系统方面的“肮脏”名声的人来说，Yuan 表示，目前还不清楚量子计算机在实践中能够在多大程度上实现其性能承诺。“在后量子密码学方面正在进行大量研究，这些研究之所以存在，是因为即使是量子计算也不是万能的。到目前为止，有一组非常具体的应用程序，人们在这些应用程序中开发了量子计算机可以超越经典计算机的算法和技术。”
重要的下一步是使用Twist创建更高级别的量子编程语言。今天的大多数量子编程语言仍然类似于汇编语言，将低级操作串在一起，没有注意数据类型和函数等东西，以及经典软件工程中的典型内容。
量子计算机容易出错且难以编程。通过引入和推理程序代码的“纯度”，Twist 通过保证一段纯代码中的量子位不会被不在该代码中的位更改，朝着简化量子编程迈出了一大步。 这项工作得到了麻省理工学院-IBM 沃森人工智能实验室、国家科学基金会和海军研究办公室的部分支持。
【注释. 量子计算机】
量子计算机是一种直接利用量子力学现象（如叠加和纠缠）对数据进行运算的计算设备。量子计算背后的基本原理是量子属性可以用来表示数据并对这些数据执行操作。
尽管量子计算仍处于起步阶段，但已经进行了一些实验，在这些实验中，量子计算操作是在非常少量的量子比特（量子二进制数字）上执行的。实践和理论研究都在继续进行，许多国家政府和军事资助机构支持量子计算研究，以开发用于民用和国家安全目的的量子计算机，例如密码分析。
如果可以建造大规模的量子计算机，它们将能够比我们目前的任何经典计算机（例如 Shor 算法）更快地解决某些问题。量子计算机不同于DNA计算机和基于晶体管的传统计算机等其他计算机。一些计算架构（例如光学计算机）可能会使用经典的电磁波叠加。如果没有一些特定的量子力学资源，例如纠缠，推测不可能超过经典计算机的指数优势。