過(guò)去的兩周里，前有量子速讀班，后有量子養(yǎng)宮寶，相信每一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)弄潮兒都對(duì)“量子”這個(gè)詞產(chǎn)生了強(qiáng)烈的免疫。但就在今天，谷歌在《自然》（Nature）在150周年紀(jì)念特刊發(fā)布論文表示，一臺(tái)可編程量子計(jì)算機(jī)超越了最快的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)，傳統(tǒng)算法跑在IBM頂級(jí)計(jì)算機(jī)上要1萬(wàn)年才能算出的東西，量子計(jì)算機(jī)200秒就搞定了。這可以說(shuō)是量子計(jì)算的重大里程碑事件，簡(jiǎn)直一洗量子污名，重振量子雄風(fēng)。

《自然》封面故事：

基于可編程超導(dǎo)處理器的量子霸權(quán) | nature.com

所以量子計(jì)算機(jī)到底發(fā)展成什么樣了？它們能平行完成所有運(yùn)算嗎？它們能用超強(qiáng)的計(jì)算能力破解我們的密碼嗎？它們能讓比特幣從此一文不值嗎？相信看完這篇文章，你會(huì)對(duì)這項(xiàng)科研進(jìn)展有一個(gè)清晰的認(rèn)知。

極度簡(jiǎn)化的量子計(jì)算機(jī)原理解釋

首先，量子計(jì)算機(jī)不是單純的算得更快，也不是所有運(yùn)算同時(shí)平行完成。它在原理上和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)截然不同。

一般我們說(shuō)的概率是這樣的：明天40%陰天，30%下雨，30%多云。每個(gè)事件的概率都是0到1之間，所有加起來(lái)一定是1（也即100%）。

量子事件就很奇怪了。假如天氣變成了量子事件，那你會(huì)讀到“明天降雨概率是-20%”這種預(yù)報(bào)。

在量子世界，你會(huì)讀到這種奇怪的天氣預(yù)報(bào) | 東方ic

這是因?yàn)椋枋隽孔討B(tài)使用的核心數(shù)學(xué)工具叫幾率幅，對(duì)它進(jìn)行平方就得到了概率。但是，復(fù)數(shù)的平方可以是負(fù)的，而幾率幅就是一個(gè)復(fù)數(shù)。

憑什么?。?？？

事實(shí)就是如此。你現(xiàn)在有兩種選擇：1 接受這種設(shè)定；2 去學(xué)更多數(shù)學(xué)然后接受這種設(shè)定。2當(dāng)然更好，不過(guò)暫且假定你選擇了1吧。

總之，概率可以是負(fù)的。然后更奇怪的事情發(fā)生了。在條件合適的時(shí)候（這條件要求很高），負(fù)概率可以把正概率抵消，讓初看起來(lái)能發(fā)生的事情實(shí)際上無(wú)法發(fā)生。

如果你無(wú)法理解這句話(huà)在說(shuō)什么，參見(jiàn)上上段。

但總之，量子計(jì)算利用了這個(gè)奇怪的特點(diǎn)。如果我們要解決一個(gè)問(wèn)題，那么我們精心設(shè)計(jì)一下，把這問(wèn)題“翻譯”成一組量子態(tài)，問(wèn)題的可能答案都和其事件對(duì)應(yīng)起來(lái)，讓所有錯(cuò)誤的答案對(duì)應(yīng)的事件都正負(fù)抵消，只留下正確的答案，那么最后看一下實(shí)際發(fā)生的事件，就知道答案是什么了。

這就是量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī) | quantamagazine.org

那為啥現(xiàn)在還沒(méi)用上呢？

你肯定發(fā)現(xiàn)了，量子計(jì)算機(jī)的思路和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)截然不同。所以，它需要的算法，也和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)截然不同，需要“精心設(shè)計(jì)”，而這個(gè)設(shè)計(jì)很難?，F(xiàn)實(shí)中的大部分問(wèn)題，我們都想不出來(lái)要怎么把它翻譯成量子計(jì)算機(jī)能解決的形態(tài)

。所以，眼下的量子計(jì)算機(jī)還不能帶來(lái)什么影響。

并且，量子計(jì)算機(jī)還超級(jí)難造，因?yàn)榱孔討B(tài)實(shí)在是太嬌貴了。為什么現(xiàn)實(shí)中的天氣不會(huì)有負(fù)的概率？為什么市面上的量子產(chǎn)品都是騙錢(qián)的？因?yàn)榱孔討B(tài)干涉很難，東西越大就越難，讓宏觀(guān)物體發(fā)生干涉，難如登天。

比如這種產(chǎn)品，明顯是不靠譜的 | eefit.com

所以長(zhǎng)年以來(lái)，不但大部分問(wèn)題量子計(jì)算算不了，哪怕能算，和經(jīng)典計(jì)算機(jī)比也沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

那要你有啥用?。?/p>

于是有研究者提出了“量子（計(jì)算）霸權(quán)（Quantum Supremacy）”這個(gè)概念，說(shuō)什么時(shí)候量子計(jì)算機(jī)解決某些問(wèn)題的速度能把經(jīng)典計(jì)算機(jī)的所有算法遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面，而且不是因?yàn)榕既唬媸强康牧孔?，那才算證明了量子計(jì)算真的有價(jià)值。

量子霸權(quán)，指的是量子計(jì)算機(jī)可以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以處理的問(wèn)題 | Domain of Science

他說(shuō)之所以選擇霸權(quán)這個(gè)詞，是要強(qiáng)調(diào)“遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面”，而不只是略微的優(yōu)勢(shì)。但這也容易產(chǎn)生誤解，畢竟日常說(shuō)霸權(quán)都是覆蓋很廣的范圍，只在一個(gè)問(wèn)題上獲得霸權(quán)好像有點(diǎn)奇怪。

量子霸權(quán)實(shí)現(xiàn)了......嗎？

這個(gè)霸權(quán)定義現(xiàn)在被滿(mǎn)足了。谷歌的一篇論文一個(gè)月前被意外泄漏，如今終于正式發(fā)在了《自然》（Nature）上。這篇論文宣布用量子計(jì)算機(jī)解決了一個(gè)難題，傳統(tǒng)算法跑在IBM頂級(jí)計(jì)算機(jī)上要1萬(wàn)年才能算出的東西，他們200秒就搞定了

。

IBM的人驚覺(jué)鍋從天降，十分生氣，反駁說(shuō)你安給我們的算法沒(méi)有優(yōu)化，看我們優(yōu)化一下。結(jié)果不用一萬(wàn)年，2天半就行。

世界上速度最快的IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit | Digital Trends

但2天半確實(shí)也比200秒要多幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以霸權(quán)定義確實(shí)沒(méi)什么毛病。

當(dāng)然了，霸權(quán)其實(shí)只要求一個(gè)問(wèn)題上量子計(jì)算機(jī)更快。而且這個(gè)問(wèn)題其實(shí)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不太公平，因?yàn)樗菍?zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)出來(lái)讓經(jīng)典計(jì)算機(jī)頭疼的……你可以說(shuō)這是在比賽項(xiàng)目上有偏袒，就像逼著排球冠軍陪你打乒乓球。

但再怎么說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題確實(shí)是一個(gè)定義良好貨真價(jià)實(shí)的問(wèn)題，確實(shí)遵循了規(guī)則。人家乒乓球真的打贏(yíng)了，沒(méi)話(huà)講。

谷歌量子計(jì)算機(jī)Sycamore處理器 | nature.com

要挑毛病的話(huà)也能挑出來(lái)，比如現(xiàn)在這個(gè)量子計(jì)算機(jī)沒(méi)有容錯(cuò)能力。如果要加入合理程度的容錯(cuò)，那它的運(yùn)算能力就要差很多，或者需要造大很多的計(jì)算機(jī)（而我們還造不出來(lái)）。

但反正這個(gè)問(wèn)題本來(lái)也沒(méi)有任何實(shí)際價(jià)值，純粹為了欺負(fù)經(jīng)典計(jì)算機(jī)而存在，沒(méi)有容錯(cuò)也不會(huì)讓它變得更加無(wú)用。

總之，雖然有這么多前提，谷歌的人確實(shí)用量子計(jì)算機(jī)解決了一個(gè)問(wèn)題并把經(jīng)典計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面。不管當(dāng)不當(dāng)?shù)闷鸢詸?quán)這詞兒，這都是了不起的成就

。

我們的密碼都白設(shè)了？并不

但最后還是要強(qiáng)調(diào)，這個(gè)成就還沒(méi)有任何實(shí)際用途，特別是，它不意味著我們的密碼會(huì)完蛋。

為什么呢？不都說(shuō)量子計(jì)算密碼秒破？

兩個(gè)原因。第一是關(guān)于目前這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的：它太小了，也就不到100個(gè)量子比特。要破解現(xiàn)在常用的加密手段，起碼要幾千個(gè)；如果加上容錯(cuò)，幾百萬(wàn)個(gè)都不意外，還早著呢。

第二個(gè)原因是關(guān)于量子計(jì)算本身的。實(shí)際上，量子計(jì)算本身并不是密碼通殺。出于不幸的巧合，我們?nèi)粘Ｊ褂玫拇蟛糠旨用荏w系，正好特別容易被（未來(lái)的大型）量子計(jì)算機(jī)干掉。但是還剩下一些不怎么受影響的。并且大家還在開(kāi)發(fā)新的專(zhuān)破量子計(jì)算的加密體系。等到量子計(jì)算牛逼的時(shí)候，我們肯定都換到更加安全的體系了。

也許是受此打擊，比特幣狂跌500刀。好消息是，現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)距離比特幣的計(jì)算還十萬(wàn)八千里。壞消息是，誰(shuí)也不知道將來(lái)會(huì)發(fā)生什么……不過(guò)，和加密的道理一樣，到時(shí)候人類(lèi)應(yīng)該肯定也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不怕量子的區(qū)塊鏈技術(shù)了。

作者：Ent

編輯：大琳砸、矩陣星

一個(gè)AI

今天的“不自量力”小課堂就到這里了，您學(xué)會(huì)了嗎？

本文來(lái)自果殼，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載.

果殼

ID：Guokr42

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