咖啡馆里聊量子计算:它不是骗经费的黑魔法

上周六下午,九月底的南京,风从珠江路老写字楼的窗缝钻进来,我在巷口的咖啡馆碰上个做超导材料的老朋友,一坐下就扯起量子计算。邻座小姑娘听见,抬头看了我们一眼,掏出手机搜“量子计算靠谱吗”。我笑了,这话问到点子上了,现在网上一半人把它吹成能改天换地的神仙科技,一半人骂它是圈经费的骗局,到底是什么样?

别被“量子”两个字吓住,它其实就在你身边

很多人一听见量子就头大,觉得满页都是看不懂的公式,跟自己没关系。其实不是。我们现在用的所有半导体器件,包括你手机里的芯片,你家里的LED灯,都用到量子效应。说白了,量子就是微观世界里粒子的一套运行规则,和我们宏观世界见过的都不一样。 传统电脑的比特,就像家里的灯,要么开(1)要么关(0),一个时间只能占一个状态。量子比特不一样,它可以同时是0,也是1。这不是文字游戏,是微观粒子真真切切的性质,叫叠加态。 再往简单了说,你让传统计算机走迷宫,它得一条路一条路试,走不通退回去再试下一条。量子计算机呢,它可以一次把所有可能的路径都同时走一遍,找对答案的速度自然就快了。
传统比特与量子比特状态对比示意图
传统比特与量子比特状态对比示意图

被说烂了的量子优越性,到底赢在什么地方

前几年到处都是“量子计算机超越传统超算”的新闻,很多人看了就慌,说是不是再过几年我手机都要换成量子的了? 说实话,完全是误解。量子优越性从来不是说量子计算机能干所有活都比传统电脑快,它只是说,在某一个特定的、专为量子计算设计的问题上,量子计算机跑赢了目前最强的传统超算。 说白了,就是我在我擅长的赛道上赢了你而已,不是说我跑步、游泳、打篮球都能赢你。现在很多营销号断章取义,把这说成量子计算机全面取代传统计算机,纯纯带节奏。 不过话说回来,这个赢的意义真的很大。比如现在我们用的所有互联网加密,核心都是RSA加密算法,这个算法的安全基础,就是传统计算机很难把一个几百位的大数字分解成两个质数的乘积,要算得花上几百年,甚至更久。量子计算机用秀尔算法,分解这个就快得多,真做出来,现在这套加密体系就直接裸奔了。 所以现在全世界的密码学界都在赶后量子加密的标准,就是提前给量子时代铺路,这个不是杞人忧天,是真的刚需。
超导量子计算实验室极低温杜瓦设备图
超导量子计算实验室极低温杜瓦设备图

离我们的生活还有多远?别交智商税

离我们的生活还有多远?别交智商税
离我们的生活还有多远?别交智商税
我见过最扯的骗局,是去年我妈发我链接,说“量子养生鞋垫”,能改善微循环,一块鞋垫卖好几百。我跟我妈说,真量子比特现在要放在零下两百多度的设备里才稳定,你把它放鞋里,踩两步就废了,哪来的养生。 现在市场上只要沾“量子”两个字的保健品、护肤品、养生用品,全是假的,半毛钱关系都没有,别掏钱。 那真的量子计算,离商用还有多远? 现在最大的拦路虎,叫退相干。量子比特太娇贵了,稍微有点温度变化,稍微有点振动,甚至一点点电磁波干扰,它的叠加态就没了,变成普通的0或者1,之前算的东西全丢了。现在实验室里能做几十个、几百个量子比特,但是能用来稳定计算的纠错比特,还没多少。要做能解决通用问题的量子计算机,少说要上百万个纠错比特,现在离这个目标还远着呢。 但你要说全是骗经费,那也不对。现在已经有不少药企和材料公司,在用现有噪声中等规模的量子计算机做实验了。比如模拟药物分子的结构,研发新的抗癌药,或者研发更高效的电池材料。传统计算机模拟分子的量子结构,分子稍微大一点,就算不动了,因为每个电子的状态都要存,要算,占用的资源指数级涨。量子计算机本身就是量子系统,模拟量子过程自然就是它天生擅长的活。 上个月我看到国内实验室发的动态,他们已经用量子计算机算出来一种新的催化剂分子结构,能提升二氧化碳转化的效率,这个就是实打实的进展,不是画饼。 我那个做超导的朋友那天说,做量子的人,很少有觉得十年内能用上通用量子计算机的,大家都知道,这是个需要堆时间、堆人力、堆材料的慢活,不像互联网app,几个月就能上线割韭菜。 九月的南京,梧桐叶飘在咖啡馆的桌子上,他搅了搅冰咖啡,说,我们这代人说不定只能铺铺路,后面的人才能摘果子。 急什么呢。 科技从来不是一蹴而就的,当年晶体管刚做出来的时候,谁能想到今天人人兜里都揣着比当年阿波罗登月还强的电脑? 量子计算就是这样,它现在还是个刚学会走路的小孩,你不能指望它马上跑马拉松拿冠军,但也没必要把它说的一无是处,全是骗子。 感兴趣就多看看真的实验室进展,别被营销号带节奏,更别去买什么量子养生交智商税,就够了。

作者|科技

排版|科技

审核|知知

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文章名称:咖啡馆里聊量子计算:它不是骗经费的黑魔法
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