1萬年的計(jì)算，200秒做完

古月一刀

2019 年10 月，谷歌在《自然》雜志上發(fā)表論文，表示其研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)，在200 秒內(nèi)完成了此前需要花1 萬年時(shí)間才能搞定的特定問題計(jì)算。

業(yè)界引起了一波“強(qiáng)震”。有人拍手叫好，有人心生疑惑。但不可否認(rèn)，在一個(gè)“算力為王”的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，量子計(jì)算技術(shù)一旦獲得突破，掌握這種能力的國(guó)家，會(huì)在經(jīng)濟(jì)、軍事、科研、安全等領(lǐng)域崛起為超級(jí)強(qiáng)國(guó)。在這種力量的威懾下，現(xiàn)在的銀行安全體系、互聯(lián)網(wǎng)賬號(hào)體系、各種加密通信都形同虛設(shè)。

畢竟，沒有密碼可以經(jīng)得住“1 萬年運(yùn)算”的考驗(yàn)。

量子計(jì)算

谷歌是在《自然》雜志上發(fā)起這一討論的。

2019 年10 月23 日， 谷歌的工程師發(fā)表論文，表示其開發(fā)的53 位量子計(jì)算機(jī)Sycamore，在200 秒內(nèi)完成了Summit（世界上最快超級(jí)計(jì)算機(jī)）需要花1 萬年時(shí)間才能搞定的特定問題計(jì)算。谷歌聲稱，通過這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)（Quantum Supremacy）。

我們來梳理一下。

先從常見的超級(jí)計(jì)算機(jī)開始。簡(jiǎn)單來說，超級(jí)計(jì)算機(jī)就是能執(zhí)行一般個(gè)人電腦所無法處理的運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。

中國(guó)曾研發(fā)出世界第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”，但之后被美國(guó)的Sierra 和Summit 超越。在超算領(lǐng)域，中美日歐是頭部玩家；超算500強(qiáng)中，中國(guó)占了四成，美國(guó)占了兩成。

下一個(gè)問題，被稱為“次世代計(jì)算機(jī)”的量子計(jì)算機(jī)是什么？

首先我們要明確的一點(diǎn)是，無論是經(jīng)典計(jì)算機(jī)還是量子計(jì)算機(jī)，都是用0和1 二進(jìn)制序列保存數(shù)據(jù)的。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，0 和1 由不同的電壓實(shí)現(xiàn)，0 代表低電壓信號(hào)，1 代表高電壓信號(hào)，二進(jìn)制序列由一個(gè)高低電壓交錯(cuò)的脈沖實(shí)現(xiàn)。

在經(jīng)典世界中， 我們只能同時(shí)擁有一個(gè)狀態(tài)。如果擁有了001 態(tài)，我們就不能同時(shí)擁有010 態(tài)。但在量子世界中，我們可以得到疊加態(tài)。與經(jīng)典算法不同，量子算法不用傳統(tǒng)的單線程計(jì)算，而是可以并行計(jì)算。這就使得量子計(jì)算的效率大大提高了。

量子計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)單地說，它是一種可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器。并行計(jì)算是量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算力突破的最大武器。1982 年，由美國(guó)著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼提出的利用量子體系實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算的新奇想法，在計(jì)算機(jī)的發(fā)展中不斷得以驗(yàn)證。

看似爆炸性的新聞背后，實(shí)際上是人類長(zhǎng)期在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不惜成本投入研發(fā)的結(jié)果，直到谷歌公司真正實(shí)現(xiàn)算力突破。谷歌只是站在無數(shù)巨人的肩上，未來也同樣會(huì)成為其他人的墊腳石。

最后來談?wù)劻孔影詸?quán)。霸權(quán)聽上去很唬人，其實(shí)也沒有那么可怕，比如把Supremacy 翻譯成“優(yōu)勢(shì)”的時(shí)候。

它主要是指，在未來的某個(gè)時(shí)刻，功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)幾乎不可能完成的任務(wù)，比如一天之內(nèi)破解原本幾萬年才能破解的密碼，等等。

巨頭發(fā)難

如此令人吃驚的成就被公之于眾，歡呼之后，接下來更多的是接受公眾的打量與審視。

美國(guó)斯坦福大學(xué)量子物理學(xué)家帕特里克·海登坦言，谷歌的量子比特處理器可能具有很強(qiáng)的計(jì)算能力，以至于傳統(tǒng)方法無法模擬和驗(yàn)證，所以很難確定谷歌是否正確?！爱?dāng)然，谷歌量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)是一群嚴(yán)肅的科學(xué)家，他們會(huì)盡其所能來確定這一點(diǎn)?！焙５茄a(bǔ)充道。

學(xué)者們的發(fā)言還算是客氣的，相較之下，谷歌在量子領(lǐng)域的主要對(duì)手IBM則“火力全開”了。IBM 方面表示在超級(jí)計(jì)算機(jī)上僅需兩天半，就能完成谷歌在論文中所謂的1 萬年才能完成的計(jì)算。在未來，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該是各有任務(wù)， 而不是前者被“ 吊打出局”。