蹲在零下273度的冷柜旁边,我终于搞懂大家说的量子计算到底在算什么

去年深秋蹭了个行业内部交流的名额,本来以为能见到科幻片里那种闪着冷蓝色光的未来感座舱,结果推开门第一反应是——冷。

真的冷。穿单衣站在设备旁边三分钟,后颈的汗毛全竖起来,不是吓的,是那台比家用双开门冰箱大三倍的稀释制冷机,正把内部的温度压到比宇宙深空还低两度。

没人跟我上来就甩晦涩公式。带我参观的工程师叼着半块没吃完的全麦面包,抬手指了指那台嗡嗡震的铁疙瘩:”这玩意儿现在算的数,你拿全世界的超算凑一起,算到太阳炸了都追不上。”

我当时第一反应是吹吧。

你以为的”并行计算”,其实从根上就错了

之前刷到太多科普,说量子计算厉害,是因为它能同时把所有可能的答案都算一遍,相当于开了一百个窗口同时跑任务,速度快得没边。

真不是。

我们日常用的经典电脑,所有信息都是拆成最小的0和1存着的,就像抛出去落地的硬币,要么正面是0,要么反面是1,一次只能落一个确定的结果。但量子比特不一样——它是硬币抛到半空中高速旋转的那一秒,同时带着正面和反面的叠加状态。不是真的把所有答案都列出来摊在你面前,是它的状态会和相邻的比特像牵了细丝线的多米诺骨牌一样互相影响,最后你伸手按住旋转的硬币让它落地时,选出来的那个结果,刚好是我们要找的最优解。

稀释制冷机内部量子芯片安装位置实拍图
稀释制冷机内部量子芯片安装位置实拍图

很多人被之前的简化科普带偏,觉得量子计算就是开了挂的万能快,什么都能算。其实根本不是。你现在刷短视频、写文档、玩开放世界游戏,拿现在的轻薄本算,都比量子计算快一万倍都不止——你总不能为了刷个猫视频,专门给机器降到零下273度吧?那电费都够你开十年视频会员了。

量子计算的优势,从来不是”算得快”,是它能算那些经典计算机从原理上就算不动的题。比如分子层面的化学反应模拟,以前经典计算机算一个新药的分子结构,要把每个原子的作用力都拆成0和1的组合,拆得越细,需要的算力就呈指数级涨,最后就算你把整个地球的沙子都做成芯片,都算不完。但量子计算本身就遵循和这些分子一样的量子规则,相当于你用同一种语言跟微观世界对话,根本不用费劲翻译。

那些被传得神乎其神的”神话”,其实半真半假

之前刷到好多耸人听闻的说法,说量子计算一出来,现在的网银密码、手机锁屏全要瞬间失效,所有加密系统都要裸奔。

说实话,哪有那么快。

现在全球实验室里能稳定运行的量子比特数,拢共也就几百个。这些比特还特别娇贵,稍微有点振动、有点温度波动、甚至旁边路过的人带的手机信号干扰一下,它的状态就乱了——行话叫退相干。你要真的能破解现在常用的公钥加密,得要几千个能稳定运行的物理比特,现在的水平,差得远呢。

实验室工作人员校准量子芯片低温接线实拍图
实验室工作人员校准量子芯片低温接线实拍图

还有更离谱的营销号话术,说”再过三年量子计算就要普及到家用,人人都能买一台放客厅”。我当时看完差点把手里的珍珠奶茶喷在键盘上。普及?你家总不能在客厅摆一台三层楼高的制冷机,24小时嗡嗡响着耗几万度电,就为了算个买菜的最优路径吧?

对吧。其实现在行业里攒出来的这些量子计算机,根本不是给普通消费者准备的,是给药企、材料实验室、气象研究部门搭手的——比如你要做更轻的电动车电池材料,要找能把二氧化碳直接变成燃料的催化剂,要预测下个月的极端寒潮路径,这些事,以前的超算算得慢,甚至算不准,量子计算能帮上大忙。

离真正的”有用”,其实还有好长一段路

离真正的
离真正的”有用”,其实还有好长一段路

上次跟那个叼面包的工程师在食堂吃饭,他说现在行业里最尴尬的事,是大家花了好几年攒出来的量子计算机,跑出来的计算结果,跟拿普通笔记本模拟出来的量子模型,差不了多少。

为啥?因为比特太容易出错了。你想啊,几百个比特凑在一起,每走一步就有几个比特的状态飘了,就像你打麻将,每摸一把牌就有两张牌自动换了花色,那最后能胡牌的概率能有多高?

现在大家在实验室里使劲的方向,早就不是一味堆比特数量了。怎么把这些娇贵比特的错误率降下来,才是核心难题。比如现在在做的量子纠错,就是拿好多好多物理比特凑成一个不会出错的”逻辑比特”,可能一百个物理比特才能凑出一个稳定的逻辑比特,要真的能做实用的通用计算,可能需要几百万个物理比特呢。

听起来是不是像天文数字?但倒回去七十年,第一台经典计算机ENIAC,用了一万八千个真空管,占了一整个仓库的面积,算一次加法要半秒钟,谁能想到现在我们口袋里的手机,算力比它高几十亿倍?

我当时听完突然就不焦虑了。之前总被各种新闻催着,觉得量子计算明天就要颠覆世界,再不追就被甩开了。其实根本不是。科技的发展从来不是按营销号的时间线走的。

你现在站在实验室里看着那台嗡嗡转的冷柜,就像当年第一台电子管计算机亮起来的时候,没人能想到后来会有互联网,会有智能手机,会有现在我们天天刷的猫视频。

它现在确实还很笨,很娇贵,很费电,离我们的日常生活远得很。

但没关系啊。

路本来就是一步一步走的。

上次临走的时候工程师跟我说,他们现在实验室里的量子计算机,已经能帮着算一部分新型抗生素的分子结构了。虽然离真的做出能临床用的药还有好多年,但至少——我们已经在跟那个看不见摸不着的微观世界,搭上线了。

作者|科技

排版|科技

审核|柚子

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