逛完南京量子实验室我才懂:量子计算不是你想的那样

去年9月23号秋分,南京城里桂香飘得满街都是,我挤了半小时地铁到中山东路的糖水铺,找做量子计算的师兄蹭他刚拿到项目奖金请客的芋圆仙草。刚坐下来我就问他。网上说量子计算再过五年就能破解比特币,颠覆整个互联网,真的假的?

师兄舀了一口芋圆,笑出眼泪。说你要是跟网上的营销号走,那别说比特币,下个月量子计算就能统治全宇宙了你信不信?

别被科幻片骗了,现在的量子计算还没「统治世界」

很多人对量子计算的认知,都停留在「比所有传统计算机加起来都快」这个结论上,好像明天就能把所有超级计算机扔垃圾堆里。说实话,这个认知错得离谱。

现在整个量子计算领域,还处在NISQ时代,翻译过来就是「有噪声的中尺度量子时代」。啥意思?现在我们造出来的量子比特,太娇贵了。

要保持量子比特的叠加态,得放到接近绝对零度的低温环境里,不能碰震动,不能有电磁干扰,稍微一点不对,量子态就塌了,算出来的结果全错。

超导量子计算芯片低温实验平台
超导量子计算芯片低温实验平台

那之前吵得沸沸扬扬的量子优势是怎么回事?是真的啊。但那是在专门给量子计算出的考题上赢的,比如随机线路采样,就是专门设计出来让量子算得快、传统算得慢的题,换个你日常要用的计算,比如算个Excel表格,现在最好的量子计算机算出来,还不如你手里三千块的笔记本电脑快。

至于破解RSA加密那种说法,更扯。破解现在通用的加密算法,需要几百万个稳定不出错的量子比特,现在全世界能拿出来的高质量量子比特,撑死也就几千个。差的不是一星半点,是跨了好几个时代的距离。

量子计算的「量子」,到底奇在哪?

我见过太多科普,一上来就说叠加态、纠缠,一堆术语甩出来,普通人看完直接懵。换个普通人能懂的说法,你扔一枚硬币。

传统计算机的比特,就像掉在桌子上的硬币,要么是正面,也就是0,要么是反面,也就是1。一次只能是一个状态。

量子比特呢?就像扔出去之后还在空中转的硬币,在你伸手抓住它(也就是观测它)之前,它同时既是正面又是反面。这就是大家说的叠加态。

那纠缠又是什么?如果我把两个硬币调成纠缠状态,那不管这两个硬币飞出去离多远,一个在紫金山脚实验室,一个在三亚海边,你抓住第一个发现它是正面,那第二个一定是反面,一秒都不耽误,这个关联就是纠缠。

量子比特叠加态通俗示意图
量子比特叠加态通俗示意图

所以量子计算的快,不是说它把传统计算的速度加快了几百倍,而是它的计算逻辑从根上就不一样。传统计算机解决问题,就像走迷宫,一次走一条路,走不通退回来再走另一条。量子计算呢,一次就能把迷宫里所有的路都踩一遍,直接找到出口,当然快了。

不过话说回来,也不是啥问题都适合量子计算。你刷抖音、写word、聊微信,传统电脑干得好好的,稳得一批,根本不需要量子计算出马。它就是专门用来解决那些传统计算机怎么算都算不出来的复杂问题的,不是来抢传统计算机的饭碗的。

现在的量子计算,已经能干嘛了?

现在的量子计算,已经能干嘛了?
现在的量子计算,已经能干嘛了?

说了这么多,很多人肯定会问:既然还这么不成熟,那量子计算不就是骗经费的吗?还真不是。

第一个已经落地用起来的方向,就是新药研发。你想啊,我们找新药,本质上就是找能和致病蛋白结合的小分子,要模拟小分子和蛋白的相互作用,而这些相互作用本身就是量子层面的。传统计算机模拟几十个原子的量子结构就已经头大了,一个蛋白有上千上万个原子,根本模拟不动。

用量子计算模拟量子结构,刚好对上胃口。现在已经有跨国医药公司和量子计算团队合作,寻找新的抗癌药物靶点,还有人用它优化合成氨的催化剂,要是成了,化肥生产成本能降一半,这个对全世界农业都是天大的好事。

第二个方向就是密码安全。哦不对,不是量子计算破解密码,是我们提前做准备,研发抗量子加密算法,就算以后量子计算真的能破解旧的加密体系,我们也有新的能用。现在很多国家的央行、互联网公司都已经开始把抗量子加密算法往自己的系统里更了。

还有金融的组合优化、物流路线规划,这些需要找最优解的问题,量子计算现在已经能给出比传统方法更优的结果了,虽然提升不算大,但已经能创造实际价值了。

当然,我也要吐槽一句,现在市面上什么阿猫阿狗都蹭量子计算的热度,什么量子养生、量子鞋垫、量子阅读,全是骗老头老太太的,那玩意儿和正经量子计算半毛钱关系都没有,别上当。

那天喝完糖水,师兄带我去他实验室转了一圈,隔着厚厚的玻璃看那个放在低温罐里的芯片,安安静静的,一点都没有科幻片里那种闪着光很炫酷的样子。师兄说,你看,现在我们就是在搭地基,房子还没盖起来呢,外人就已经开始吹这房子能住一百万人了,犯不着。

出门的时候风吹过来,桂花香落在肩膀上。南京的桂花年年开,都是慢慢攒一整年的劲,秋天才会香满街。量子计算不也一样吗?不用急着吹它神,也不用骂它是骗局,它就在那里,一点点攒劲,等开花而已。说不定再过二十年,我们躺在沙发上点外卖的时候,背后给你算最优配送路线的,就有量子计算的一份力。

不急。慢慢来。

作者|科技

排版|科技

审核|阿辰

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