在-273℃实验室里攒出来的算力:聊聊量子计算的真实样子

9月23号在南京逛紫金山实验室的开放日,挤在人堆里凑到最前面的时候,我差点被旁边举着自拍杆的大哥怼到相机。

展台正中间放着个半人高的金属设备,外壁结着厚厚的白霜,穿白大褂的小哥拿个教鞭指着设备最核心的位置,周围一圈人仰着脖子问东问西。

真的。

我之前对量子计算的全部印象,都来自网上那些耸人听闻的标题——什么“马上破解所有密码”“算力吊打全世界电脑”,站在那个冒着冷气的机器旁边,听小哥唠了四十分钟,才发现之前的误解有多离谱。

别把它当放大版的普通电脑

很多人对量子计算的第一想象,就是现在的芯片做的更小、算的更快,像把家里的台式机换成个性能强十倍的游戏主机。根本不是那么回事。

你用现在的普通电脑算东西,就像在一个有几千条岔路的迷宫里找出口,每次只能走一条路,撞墙了就退回来换一条,哪怕你走得再快,把所有路试完也要花好久。量子计算的逻辑不一样,它相当于你一进迷宫,同时把所有岔路都踩了一遍,哪个路通到出口,你一眼就看见了。

我当时听完第一反应:这也太作弊了。

经典比特与量子比特计算路径对比示意图
经典比特与量子比特计算路径对比示意图

不是什么东西都值得让它出手。小哥说,真要让这机器算你今天中午吃什么,它还不如你手机里的外卖APP反应快。因为这种日常的小事,根本不需要同时试几千条路,用普通芯片算一秒钟就出结果了,量子机器启动一次的成本,够你吃十顿火锅。

它真正擅长的,是那些需要同时试海量可能性的问题——比如模拟一个新药分子和人体蛋白的结合结构,比如把上百条航线的调度方案算到最优解,比如拆解复杂材料的微观结构。这些事靠普通电脑算,可能要花几万年,换量子计算几个小时就能出结果。

说实话,我之前还盼着这东西出来能让我玩游戏的帧数从144涨到1000,结果小哥翻了个白眼说,真要打游戏,这机器还没你手里的PS5好使。

你看到的那个“铜铃铛”,才是最难的部分

很多人觉得量子计算难,不就是把量子比特的数量做上去吗?其实根本不是。那个挂在制冷机最核心位置的超导量子芯片,比指甲盖还小,要工作的话,得把温度降到离绝对零度只差0.02开尔文,也就是大概-273.13℃,比外太空的宇宙背景温度还低上一百多倍。

为什么要这么冷?因为只要有一点点温度带来的分子震动,那些脆弱的量子态就会瞬间“塌缩”,就像你吹的肥皂泡,刚飘到半空中,稍微一点风就破了。

实验室稀释制冷机内部超导量子芯片实拍
实验室稀释制冷机内部超导量子芯片实拍

之前行业里有过一阵“比特数竞赛”,谁家能做出更多的物理比特,就能上新闻。但小哥说,比特数多真的不算啥,没有纠错能力的量子比特,再多也没用。就像你攒了一屋子玻璃弹珠,每个弹珠放上去两秒就滚下来碎一地,你就算有一万个弹珠,也拼不出一张完整的拼图。

他们实验室里现在每次调整芯片参数,都得等制冷机稳定三天,中间要是碰到楼里电压不稳,或者空调温度波动个0.1度,之前熬大夜攒的实验数据就全废了。

我当时听完,突然觉得之前看新闻里那些轻飘飘的“重大突破”四个字,背后全是熬到掉头发的日常。哪有什么横空出世的技术,全是一点点磨出来的。

那些被传得神乎其神的说法,别全信

从展台出来的路上,我刷到好几个本地博主发的视频,标题全是“南京造出的量子计算机,马上就能让你的比特币归零”。

真的别慌。

要真的用现有技术破解RSA加密体系,大概需要上百万个能稳定纠错的逻辑量子比特,现在全球范围内的量子计算机,物理比特数也就几百上千个,离那个量级差着好几个数量级呢。别说破解比特币了,现在的量子计算机连个简单的大数分解都算不利索,至少未来十年,你存在银行的钱、手里的加密资产,还没那么容易被偷。

还有人说,等量子计算成熟了,现在的普通电脑就全淘汰了。哪有那么夸张。就像你有个能拉几吨货的大卡车,你也不会天天开着它去小区门口买早餐吧?堵得慌还费油。以后的算力架构肯定是混着来的,你日常刷短视频、写文档、剪vlog,还是靠现在的经典芯片,碰到那种硬骨头——比如模拟复杂的气候模型变化,比如研发能精准靶向癌细胞的新药,才会把量子计算机的算力调过来用。就像你平时在家做饭,碰到烤不动的整只羊,才会去借小区门口的商用烤箱,总不能把家里的厨房全拆了换个商用烤炉吧?

哦对,当时在展台还碰到个拎着鸟笼的大爷,拉着负责讲解的学生问,这量子计算机能不能帮他算下期彩票的中奖号码。那个学生憋了半天,说大爷,真不能,这东西算不了纯随机的数。大爷撇撇嘴说,那有啥用。

其实哪是没用啊。我们现在觉得“没用”的阶段,本来就是所有硬核科技成长的必经之路。你想啊,1946年第一台电子计算机出来的时候,占了整整一个房间,算一次乘法要花几秒,当时的人也觉得这东西除了算导弹轨迹啥用没有,谁能想到几十年后,我们能把比那台机器强亿万倍的电脑揣在口袋里,随时刷视频、打视频电话?

那天从实验室出来,外面飘着点细小雨,梧桐叶顺着台阶往下滚,我摸了摸口袋里的手机,突然觉得挺幸运的。我们这代人,刚好能亲眼看着实验室里这个冒着冷气的“铜铃铛”,慢慢从只能做基础研究的实验设备,变成真的能帮人类解决难题的工具。

不用等什么遥远的未来。

我们现在就在这个过程里。

作者|科技

排版|科技

审核|见微

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