巷口咖啡店里,我听懂了量子计算到底在算什么

9月23号那天,我在南京老门东旁边的社区咖啡馆,约了个在量子计算领域蹲了快十年的朋友喝东西。他进门把电脑往桌子上一放,我第一句就问,外面吹得那么神,量子计算到底能给我一个刷抖音点外卖的普通人带来什么?

他笑了,给我看了张实验室的随手拍。照片里是个一人多高的银灰色制冷机,跑起来的时候内部温度能降到零下两百七十多度,比太空的背景温度还低。“你以为我们天天在这搞科幻黑科技?其实大部分时间都在蹲那解决噪音问题,熬呗。”

别背定义了,先想想我们现在的电脑在怕什么

我们现在用的所有电脑、手机,本质上都是靠经典二进制比特干活。要么是0,要么是1,一个钉子一个坑,一步步按顺序算。

算加减乘除,刷视频打游戏,都没问题,快得很。

但碰上一类特殊问题,它直接就傻了。

比如说,给一个几百位的大合数,分解成两个质数的乘积。现有最快的超算,算上几百年都不一定出结果。比如说,摸清楚一个新蛋白质分子的折叠结构,现有计算机要模拟所有原子的相互作用,算力根本跟不上,而搞清楚这个结构,才做得出来针对性的靶向新药。

说白了,经典计算机对付“需要试遍海量可能性”的复杂问题,算力会随着问题复杂度飙升,呈指数级涨价,最后贵到根本用不起。

量子计算就是冲着这类问题来的。

很多科普说量子比特就是“既是0又是1”,太笼统了,我那天听完朋友的解释,觉得这个说法最接地气:量子比特就像你抛起来还没落到桌子上的硬币,在空中转的时候,它同时带着正反两种可能性,只有落到桌上才会出确定结果。就是这一点“同时带多种可能性”的特性,让它对付上面说的那类复杂问题,天生有优势。
经典二进制计算机01存储原理示意图
经典二进制计算机01存储原理示意图
很多人听完这个就脑补,哦那量子比特就是把所有可能都算一遍,所以什么问题都比经典电脑快?这直接就掉到误区里了。

那些被传烂了的误区,掰碎了说清楚

第一个误区,量子计算会取代经典计算机,以后每个人都要换量子手机。

说实话,完全扯。

你刷短视频,聊微信,写文档,这些活经典计算机干得又快又好,功耗还低,量子计算根本挤不进来。量子计算从出生开始,就是为特定的复杂问题准备的,它不会取代经典计算,更可能是将来和经典计算搭伙干活。

第二个误区,量子比特数量越多,量子计算机就越厉害。

这也不对。

量子比特太娇贵了,稍微有点温度、震动、电磁波干扰,它就会“退相干”——说白了就是那个空中转的硬币直接落到桌上了,变成了确定的0或1,和经典比特没区别了,之前的计算全白搭。

现在很多机构堆出来几百上千个比特,但大部分都是“噪音比特”,保真度不够,根本跑不了有用的计算。反而几十个高保真的量子比特,能做的有用功多得多。

还有人说量子计算都是玄学,原理都没搞清楚就是骗经费。真不是。量子力学的相关原理已经验证了快一百年,所有的底层逻辑都是实打实验证过的,难的是工程实现,不是原理不对。

第三个误区,量子计算马上就能破解现在所有的网络密码,大家的银行卡都不安全了。

这是纯纯的炒作。现在的量子计算机,还远达不到破解主流RSA加密的水平,真要能做到那个程度,至少也得二三十年以后的事。不过话说回来,学界和业界现在已经开始研究抗量子攻击的加密算法了,提前布局总没错,真等那天来了再准备,就晚了。
量子计算退相干过程演示图
量子计算退相干过程演示图

它离我们的日常,到底还有多远

它离我们的日常,到底还有多远
它离我们的日常,到底还有多远
很多人说,现在量子计算都是骗局,根本做不出来能用的东西。不对,已经有能用的落地尝试了。

前两年就有科研团队,用现有中规模的量子计算机模拟了一种小分子的蛋白质折叠,直接拿到了准确的结构数据,这放在以前,经典计算机要花几个月才能算出来的结果,量子计算机几个小时就出结果了。

还有新药研发,现在不少药企已经开始和量子计算团队合作,用量子计算模拟分子之间的相互作用,筛选能结合疾病靶点的新药物分子,比传统的实验室试错法快了不止一点。至于光伏新材料、碳捕捉催化剂、金融风控建模这些领域,也都已经有小范围的试应用了。

我那个朋友说,他刚进课题组的时候,导师跟他说,你们这一代人能不能做出来能普及的通用量子计算机都不一定,但你们啃下来的每一个小问题,都是给后人铺的台阶。

那天我喝着冰美式,窗外就是老门东逛来逛去的游客,吵吵嚷嚷的。突然就觉得,很多颠覆性的技术,一开始都是这个样子。

刚发明第一台电子计算机的时候,十几吨重,只能算弹道,谁能想到几十年后人人口袋里都揣着一个,比当初那台大家伙快上亿倍?当初造出第一个晶体管的时候,大家也只觉得它能用来做助听器,没人想到后来会有满大街的智能手机。

量子计算现在,就处在那个刚造出第一个晶体管的阶段。它不是骗局,也不是能马上颠覆世界的魔法。它就是一群人蹲在实验室里,一个一个解决小问题,今天把退相干时间拉长几毫秒,明天把量子比特的保真度提一个百分点,慢慢往前拱。

你我这一辈子,大概率能看到它在很多领域实实在在改变我们的生活。比如能精准治疗癌症的新药,比如转换效率更高的光伏材料,比如更安全的下一代网络密码体系。

不用急。也不用吹得太神。

就像那天咖啡馆门口卖糖粥的阿婆说的,急什么,火慢慢熬,粥才香。

对吧。

作者|科技

排版|科技

审核|乐乐

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