呼之欲出的量子計算機和漫長的最後一公裡

[嵌牛導讀]

“量子計算”和“人工智能”是未來最令人激動的話題，也是最前沿的科技領域，如果我們把量子計算機和AI結合在一起，我們可能做出連大自然都沒有想到會有如此結果的事情！量子計算的時代已經來臨，量子計算出現在學術期刊上，出現在普通報紙上，量子計算成為一個熱門的話題，那麼量子計算到底是什麼？量子計算到底有多快？對大多數人來講，量子計算還很神秘！

[嵌牛鼻子]

量子計算機和經典計算機的不同之處，量子計算機什麼時候可以出現，量子計算機和他漫長的最後一公裡，量子計算機的應用

[嵌牛正文]

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中科院院士，世界計算機學家，圖靈計算機獎獲得者姚智期通過一個對比，讓我們見識量子計算機的魅力！我們想用一個RSA的密碼系統，用400位數的整數來做一個密鑰的話，用現在最大的、最好的超級計算機，需要60萬年才能夠做出來，但是如果在将來有了一個量子計算機有相當的儲存功能的話，三個鐘頭就可以做出來。光是這樣就可以看到量子計算機能夠破解現在沒有辦法破解的密碼，這個震驚了世界學術界！

1.量子計算機和經典計算機到底有什麼不同？

量子計算為什麼是一個革命性的計算原理，它和經典的計算機到底不同在哪裡？它為什麼會這麼快？

中國有一則寓言，“楊子見歧路而之”，楊朱看到有一隻羊走失了，他走到了分叉的地方，他不知道羊在哪一條路上，這個時候他就不能夠決定，覺得很悲傷，因為唯一的辦法就是必須先去走一條路，然後再走另外一條路。這代表着我們在做計算機的一個計算問題的時候，我們想要找一個答案，常常要搜尋好幾個不同的方向，來看到底哪一個方向才能夠給你一個答案。這就是傳統計算機所面臨的問題。

但是，在量子世界裡，這個問題能夠得到解決。在傳統的世界裡面，楊子看到有歧路，最好的解決方法是什麼呢？如果楊子是孫悟空的話，這個問題就解決了，因為我在頭上拔幾根毛，變出很多個小孫悟空，每個人都走不同的路。這樣的話，大家可以同時搜尋，搜尋的時間就短了，一個難題就變容易了！而在量子世界，這些最微小的粒子本身就具有孫悟空一樣的能力。是以，這是一個非常神奇的事情，在這種最微小的量子世界裡面，一個小孫悟空可以一下子變成兩個孫悟空，有一半的他走一條路，另外一半走另外一條路。如果在一種适合的情況下，他們真的能夠有一個非常好的配合，能夠讓他們所有的分身全部分開，大家一起合作。換句話說，這個就是達到了我們的平行計算，基本上等于有無限多個能夠運作的電腦給你用。

2.量子計算機什麼時候會出現？

經過現在十幾、二十多年的努力，在實踐的建設量子計算機過程中，現在取得了相當大的進步，姚智期院士給我們介紹當今世界上做量子計算機所用的科學技術，同時介紹清華大學量子資訊中心所做的一些工作。現在基本上經過20多年的努力，科學家已經了解到最适合做量子計算機的材料，而且知道這個藍圖基本上是有了，但是它還是一個非常難的實踐過程。現在大家已經可以聽到，也許在以後的半年、一年有很多地方都會宣布，能夠有50個量子比特、100個量子比特的機器。這些當然令人興奮，可是這離實用還差的很遠，大家都還沒有考慮怎麼糾錯，因為在量子計算機裡面糾錯是一個非常難的問題，我們可以看到我們現在進到了最後一裡路，但這也是非常長的一裡路。

姚智期告訴我們清華大學量子資訊中心做的事情，現在有用超導做量子比特，也有用離子來做量子比特，甚至用鑽石做量子比特，它們都各有優劣。比如說鑽石，我們都喜歡鑽石，但是它真正的好處是，它是一個固體，同時能夠在常溫工作，不需要用很多的冰箱來冰凍它，如果有一天要做一個鑽石量子計算機，像鑽石量子計算機又賞心悅目又有面子，你就可以放在你的桌子上。還做一些拓撲的量子計算，對糾錯特别好，清華大學量子資訊中心在六年以前覺得這個時機已經到了，理論都已經成熟了，工作也都确立了方向，成立一個量子計算機所，在這個中心裡面，所有的科技都做。經過六年的努力，清華大學量子資訊中心已經成為世界上相當知名的一個量子計算機中心。另外還做一些事情，在量子計算機裡面最重要的事情是要做記憶，做記憶兩個事情很重要，一是它需要有很多的存儲，清華大學量子資訊中心最近的一個工作就是在原子上面能夠做出225個記憶體，這個比以前增加了10倍。

3.量子計算機的未來？

量子計算機除了破解密碼還有很多事情可以應用，它最重要的一個應用，如果我們有了量子計算機，我們就可以像現在能夠模仿古典的實體，用我們的計算機做各種事情。如果有了量子計算機就可以解量子方程式，量子方程式它是最重要的一個方程式，如果能解量子方程式的話，我們就可以解決很多實體上的問題、化學上的問題、生物上的問題！

量子計算在科學裡面占據什麼樣的地位，姚智期說對他來講，最興奮的将來，就是我們現在兩個最熱門的題目，量子計算和人工智能可以結合在一起。因為人工智能可以是人類想要了解自然界，怎麼樣做出這麼聰明的人，我們想要達到這個境界。如果說，我們能夠把量子計算用到這個裡面，我們可能比大自然更聰明。

如果站在我們現在的視角，我們看到這個宇宙，宇宙給我們兩個很大的挑戰，第一個就是宇宙告訴我們，量子實體能夠做出一個很精妙的事情，如果沒有量子計算機我們就不能引領它。在軟體方面，我們人類能不能到達大自然所做出來的，孕育出來的物種。我們，如果能夠把量子計算機和AI放在一起，我們可能做出連大自然都沒有想到會有如此結果的事情！

原文釋出時間為：2017.11.16

本文作者：王明骞

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