藏在超低温冷柜里的量子计算,原来不是你想的那样

我去年秋天跟着行业论坛的参观团进南京紫金山实验室,隔着双层玻璃看到那台大家伙的时候,第一反应居然是——这不就是个放大版的商用冰淇淋冷柜吗? 没人能想到,这个裹着厚保温层、连温度都要恒定在零下270多度的铁箱子里,装着现在人类最前沿的计算技术。

别被科幻片骗了,量子计算不是更快的超级计算机

出来接我们的工程师是个戴黑框眼镜的年轻人,我开口第一句话就问,这机器算我今天买的彩票能中多少,是不是分分钟出结果? 他笑到直摇头。 说实话,大部分人对量子计算的误解,从名字就开始了。很多人默认,量子计算就是比我们现在用的超级计算机快个几万倍的下一代电脑,以后能取代现在的手机电脑,秒天秒地。 这错得离谱。
量子计算低温杜瓦冷柜实物图
量子计算低温杜瓦冷柜实物图
你现在拿这台冷柜里的量子计算机刷短视频、聊微信、写文档,哪怕就是玩一盘扫雷,它都不如你手里用了三年的旧手机。为什么?因为量子计算从诞生开始,就不是为了取代经典计算而生的。量子计算是专门用来解决经典计算机搞不定的特定复杂问题的工具,不是什么全能神器。 怎么理解比特的区别?大家都知道经典计算机的比特,要么是0,要么是1,就像你面前放了一盏灯,要么开,要么关,清清楚楚。 量子比特不一样。它可以同时处在0和1两种状态的叠加,就像你把一枚硬币抛到空中,硬币还在转没有落地的时候,你说它是正面还是反面?它同时是正面,也是反面,只有接住落地的那一刻,才会变成确定的一个结果。 这就是量子比特最核心的不一样,也是它能解决复杂问题的基础。

为什么偏偏是量子计算,能搞定经典搞不定的事?

举个大家都听得懂的例子。现在我们网上银行、通信用的RSA加密,原理就是把两个超大的质数乘在一起,得到一个新的大数,要破解密码就得把这个大数分解回原来的两个质数。 这个活,经典计算机有多难?如果这个大数是1000位,经典计算机要算上百万年,根本算不完。但是量子计算机用专门的算法,几个小时甚至几分钟就能分解出来。 所以才说,量子计算一出,现有的很多加密体系都要换。不过话说回来,你也不用现在就慌慌张张怕银行卡被盗,真要造出能分解这种实用级别大数的量子计算机,还有的等呢。
量子比特叠加态简化示意图
量子比特叠加态简化示意图
现在已经能落地的用法,其实是在药物研发和材料模拟这块。你要研发一种新的抗癌药,得先搞清楚药物分子和人体蛋白分子怎么结合,分子内部的相互作用本身就是量子级别的,经典计算机模拟这种级别的量子过程,算力根本不够,模型差得远。 量子计算机本身就是量子系统,用它来模拟量子过程,相当于量身定做,刚好对上。去年已经有研究团队用现有量子计算机,成功模拟出了一种抗癌小分子的结构,这在以前根本做不到。还有研发新材料,比如更高效的电池材料,量子计算也能帮上大忙,节省海量的试错时间。 现在市面上所有打着量子计算旗号的养生产品,全是智商税,别信。什么量子鞋垫量子水杯,连量子的边都挨不上,就是蹭热度骗钱的。

我们离能用的通用量子计算机还有多远?

我们离能用的通用量子计算机还有多远?
我们离能用的通用量子计算机还有多远?
很多人现在吹,再过三五年就能用上通用量子计算机,就能取代经典电脑上班干活。我只能说,都是资本吹出来的噱头,听听就好,别当真。 现在的量子比特太娇贵了。一点温度波动,一点微小的震动,甚至一点点电磁波,都能让量子比特失去叠加态,算出错的结果。所以才要放在零下两百多度的冷柜里,隔绝大部分干扰。现在我们能造出来的、稳定能用的量子比特,还在几百个的量级,而要做一台能纠错、能跑任意通用任务的量子计算机,需要几百万甚至上千万个稳定的纠错量子比特。 差得远呢。 不过也不用急,本来也不需要量子计算机取代经典计算机。未来的计算架构,大概率就是经典计算机干日常的活,遇到需要量子计算的特定任务,就交给量子计算模块去算,算完拿结果回来接着用,二者互补,谁也替代不了谁。 那天和工程师聊到夕阳斜过来照进走廊,他说其实他们这群人天天泡在实验室,也不追求什么一下子搞出大新闻,就是今天调稳两个比特,明天把噪声降一点,一点点磨。他说第一次看到自己的机器跑出正确结果的时候,那种开心,和他小时候在奶奶家攒出第一台能响的半导体收音机一模一样。 我挺感动的。太多人把量子计算吹得神乎其神,一会颠覆世界一会改变未来,好像明天就能天上掉下来一个全能神器。其实哪有那么多奇迹啊,所有的黑科技,不都是一群人躲在实验室里,对着一个零下两百多度的冷柜,一天天磨出来的吗? 从实验室出来我沿着紫金山的步道走,秋天的风卷着桂花香味吹过来,脑子特别清楚。原来我们天天说的量子计算,不是科幻片里飘在玻璃罩里的外星黑科技,就是一群普通人,在冷柜里一点点攒出来的未来。它现在还不完美,还动不动出错,还离我们的日常很远,但它确实是人类往前摸的那一步,实实在在的。 对吧?

作者|科技

排版|科技

审核|小北

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