量子计算公司IonQ（NYSE: IONQ）近日发布了全球首个针对肖尔算法的完整端到端容错资源估算，展示如何利用其最新推出的“Walking Cat”架构，在捕陷离子量子计算机上优化特定密码学应用。研究结果表明，一台拥有20,000个物理量子比特的IonQ量子计算机，预计能在不到26天内破解比特币等区块链技术所使用的256位椭圆曲线secp256k1。
这一发现被视为量子能力领域的重要里程碑，将“Q-Day”（量子计算打破现有加密体系的时点）的预测时间大幅提前。IonQ量子计算总裁Chris Ballance表示：“这是首次有人对实用规模的量子算法进行成本估算，且没有省略决定真实机器运行时间的关键部分。我们将每一步操作都编译到实际运行的纠错原语层面。”
全栈优化大幅降低资源需求
该研究基于IonQ的Walking Cat架构，并专门针对椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）引入了优化版本，采用捕陷离子与量子LDPC码。通过同步优化算法、编译器、硬件架构及纠错层，IonQ研究人员将破解secp256k1所需的资源要求大幅降低。关键资源估算包括：
- 总设备量子比特数：19,397个物理量子比特
- 逻辑量子比特数：1,457个
- 逻辑级Toffoli门数量：3900万个
- 单次破解secp256k1上256位ECDLP的预计耗时：25.7天
这是首个完整映射到底层量子纠错码与电路的端到端估算，为算法的成功概率提供了严谨可证明的下界，而非依赖启发式论证。
对椭圆曲线系统的安全影响
该研究所指出的密码学暴露涉及认证与完整性，而非机密性。椭圆曲线签名支撑着代码签名、证书层级、设备身份以及长期根信任机制。与针对加密数据的攻击不同，签名一旦被破解，可对未来进行利用，而无法追溯破解过去已记录的流量。IonQ遵循负责任披露流程，已提前将报告分享给美国政府及行业合作伙伴。缓解措施已可用：SLH-DSA（无状态基于哈希的数字签名算法）与ML-DSA均不受此类结果影响。
IonQ量子应用研发副总裁Martin Roetteler表示：“变化并非来自单一突破，而是每一层技术栈持续复合进步。曾经需要数百万物理量子比特的计算，如今已适配到IonQ路线图上的20,000量子比特机器。”
IonQ强调，其全栈方法论并不依赖单一算法，正广泛应用于化学、金融服务、材料科学、优化、国防及情报等量子应用路线图。该公司计划于2027年推出完全容错的10,000物理量子比特系统，与本次发现相关的系统预计将在2028年问世。