劉興亮 | 谷歌「量子霸權(quán)」問世，影響極大細(xì)思極恐

文/劉興亮（微信公眾號(hào)：劉興亮?xí)r間）

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01

兩年前，我在《從區(qū)塊鏈比特幣看技術(shù)烏托邦》一文中談到，懸在當(dāng)前的區(qū)塊鏈加密算法的頭上有一把「達(dá)摩克里斯之劍」，它就是量子計(jì)算。

當(dāng)時(shí)很多人不太以為然，因?yàn)榱孔佑?jì)算并不廣為人知。即使知道量子計(jì)算的，估計(jì)很多人對(duì)于量子計(jì)算并不太看好，覺得很遙遠(yuǎn)，根本不是一時(shí)半會(huì)兒的事。

這兩天，一則關(guān)于谷歌「量子霸權(quán)」的新聞傳遍了科技圈，刷新了我們對(duì)于量子計(jì)算的認(rèn)識(shí)。

據(jù)多家外媒報(bào)道，谷歌的一份研究報(bào)告顯示，他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了「量子霸權(quán)」：全球最大的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit要用1萬年解決的問題，其量子計(jì)算機(jī)在3分20秒內(nèi)就能算出。

谷歌一度將相關(guān)論文上傳至NASA官網(wǎng)上，但隨后不久，該論文被刪除。

網(wǎng)上經(jīng)常有一種說法：刪得越快，事情越大。谷歌的「量子霸權(quán)」的研究報(bào)告用在此處非常貼切。

200秒算出當(dāng)今最牛的超計(jì)算機(jī)1萬年才算出的結(jié)果，讓人不禁想到西游記里曾經(jīng)說道的「天上一天人間一年」，這就是差距啊。

這件事情非同小可，已經(jīng)有不少網(wǎng)友擔(dān)心起銀行卡來，還有人說「銀行卡要顫抖了」。

因?yàn)椋紫扔绊懙降木褪乾F(xiàn)在的密碼算法，所謂256位加密，1024位加密，2048位加密，都是建立在當(dāng)前那些計(jì)算能力低于最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit的基礎(chǔ)上的，在這個(gè)基礎(chǔ)上，破解密碼的計(jì)算時(shí)間非常長(zhǎng)，長(zhǎng)到到破解出密碼的時(shí)候，密碼已經(jīng)沒有價(jià)值。

但是，如果能達(dá)到谷歌的這個(gè)報(bào)告里的計(jì)算能力，Summit需要一萬年計(jì)算出的結(jié)果，200秒就能搞定，那么破解當(dāng)今的密碼，也就是分分鐘鐘的事。

想想還真有點(diǎn)可怕。

02

雖然，有量子計(jì)算領(lǐng)域的專業(yè)人士指出：谷歌的量子計(jì)算機(jī)只能解決特定的問題，不具有通用的計(jì)算能力。但是，在我看來，科技固然需要用質(zhì)疑的眼光去打量，但是也不可因?yàn)橘|(zhì)疑而抹殺科技的巨大進(jìn)步。谷歌的「量子霸權(quán)」也是量子計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)重大的突破。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)理論模型是圖靈機(jī)，硬件體系結(jié)構(gòu)都是基于馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行演化的。隨后出現(xiàn)的各種新的體系結(jié)構(gòu)比如集群/網(wǎng)格，包括現(xiàn)在流行的虛擬化，云計(jì)算，還有各種超級(jí)計(jì)算機(jī)，都建立在馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)之上的。

雖然，在摩爾定律的無形之手的推動(dòng)下，計(jì)算能力發(fā)展超乎我們的想象，但是，最近幾年，我們?cè)絹碓桨l(fā)現(xiàn)，摩爾定律越來越不準(zhǔn)了，甚至有人提出了摩爾定律失效的論調(diào)。

這反映了一個(gè)我們不得不承認(rèn)的事實(shí)：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)離極限越來越近了，如果繼續(xù)沿著這條路走下去，計(jì)算能力很快就要達(dá)到終點(diǎn)。

正是在這種背景之下，量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來。量子計(jì)算突破了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件的體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有自己獨(dú)特的軟件系統(tǒng)。量子位（qubit）是量子計(jì)算的理論基石。

在常規(guī)計(jì)算機(jī)中，信息單元用二進(jìn)制的 1 個(gè)位來表示，它不是處于「 0 」態(tài)就是處于「 1 」態(tài)。在二進(jìn)制量子計(jì)算機(jī)中，信息單元稱為量子位，它除了處于「 0 」態(tài)或「 1 」態(tài)外，還可處于疊加態(tài)，那么傳統(tǒng)的一個(gè)bit位只能表示一個(gè)值，但是一個(gè)量子位可以同時(shí)表示多個(gè)值，因此它突破了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的局限，相同的時(shí)間內(nèi)可以做更多的計(jì)算，從而使得計(jì)算能力大大的提升。

所謂「量子霸權(quán)」，并不同于外交軍事上的「霸權(quán)」，它是指量子計(jì)算擁有的超越所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。

所以，量子計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的新物種，是人類科技發(fā)展史上的一個(gè)革命性的創(chuàng)新。

它的出現(xiàn)，將對(duì)于世界產(chǎn)生顛覆性的影響。

03

關(guān)于谷歌的量子霸權(quán)，且來讓我亮三點(diǎn)：

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左一點(diǎn)：它是量子計(jì)算的里程碑。

量子計(jì)算從最初上世紀(jì)八十年代初提出，最初只是一些理論研究，直到2011年，全球第一款商用型量子計(jì)算機(jī)「D-Wave One」才發(fā)布。和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，速度還是比較緩慢的，主要是技術(shù)的難度更大，也因?yàn)楹芏嗳撕凸径唐诳床坏较Ｍ桓一蛘卟辉干孀阌诹孔佑?jì)算的研究。

谷歌的「量子霸權(quán)」開創(chuàng)了一個(gè)巨大的里程碑，它取得階段性成果無疑是一劑強(qiáng)心劑，提振了整個(gè)行業(yè)的信心。它如同一個(gè)標(biāo)桿，讓同行看到了希望，相信不久之后，一些研究者都會(huì)提出「趕超谷歌」的目標(biāo)。

從事前沿科技的研究是一條艱難的道路，在這條道路，需要像谷歌這樣的領(lǐng)先者在前面振臂高呼。它的革命性的突破同時(shí)也會(huì)引起外界更多的關(guān)注，讓量子計(jì)算更為普及，吸引更多的資本和人力投入到量子計(jì)算的研究中來。

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右一點(diǎn)：除了密碼學(xué)，它還將改變更多的領(lǐng)域。

由于計(jì)算能力的數(shù)10萬倍的提升，當(dāng)前的科學(xué)計(jì)算有關(guān)的化學(xué)，材料科學(xué)，制藥等都會(huì)發(fā)生革命性的變化。它將極大的縮短新材料，新藥的研發(fā)周期。它對(duì)于如今正火的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的改變更是革命性的。

當(dāng)前一些研究者為了提升算法性能挖空了心思，不斷的優(yōu)化優(yōu)化再優(yōu)化。這些算法在量子計(jì)算前將完全不需要。計(jì)算能力的巨大提升使得機(jī)器學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)的速度更快，學(xué)習(xí)能力更強(qiáng)，這使得AI更加強(qiáng)大，能處理更復(fù)雜的計(jì)算，應(yīng)用到更復(fù)雜的場(chǎng)景中。它還將改變金融業(yè)。

谷歌的「量子霸權(quán)」的消息傳出以后，據(jù)說對(duì)沖基金行業(yè)已經(jīng)在歡呼，因?yàn)樗鼈兙褪峭ㄟ^計(jì)算機(jī)的超級(jí)計(jì)算能力在金融市場(chǎng)上呼風(fēng)喚雨的。除此之外，整個(gè)銀行業(yè)的安全系統(tǒng)也面臨著新的考驗(yàn)。

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下一點(diǎn)：谷歌的「量子霸權(quán)」，提醒我國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域需要加大投入。

雖然，谷歌的「量子霸權(quán)」離真正的普遍適用的量子計(jì)算還不小的差距，但是畢竟它已經(jīng)遙遙領(lǐng)先了。

事實(shí)上，在美國(guó)，除了谷歌之外，因特爾，微軟，IBM這些巨頭都加入到量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)中。英特爾與其他廠商合作推出了首款量子低溫晶圓探針，它可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的測(cè)試過程。微軟在大力推廣和量子計(jì)算有關(guān)的Q#語言，它的目標(biāo)是開發(fā)一種通用的量子計(jì)算機(jī)。而IBM的53量子比特的量子計(jì)算機(jī)將于10月上線。而谷歌的量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)達(dá)到了72量子比特。

在我國(guó)，雖然理論上有了一些研究成功，技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面中科大和華為都推出了量子計(jì)算模擬器，但是和這些巨頭相比，顯然還是有差距的。

量子計(jì)算必然是未來科技的一個(gè)戰(zhàn)略制高點(diǎn)。未來在這個(gè)制高點(diǎn)上，我國(guó)不能受制于人，為此，國(guó)家和相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)加大量子計(jì)算的投入是必須的。

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