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量子計(jì)算遠(yuǎn)沒到可收割的時(shí)候
袁嵐峰
//8858151.com2017-11-05來源: 環(huán)球時(shí)報(bào)
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  隨著量子信息科技的發(fā)展,公眾對這個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注與日俱增。近來更有網(wǎng)絡(luò)文章認(rèn)為:“量子計(jì)算機(jī)+人工智能,將不斷迭代出更高級的量子計(jì)算機(jī)+人工智能”,“很可能,在不遠(yuǎn)的將來,人類在量子計(jì)算機(jī)+人工智能面前,就可能像螞蟻面對人類一樣無力和脆弱!

  如何看待這類文章?正確的態(tài)度是:量子計(jì)算確實(shí)很重要,但在引申它的意義之前,應(yīng)該先搞清楚它是什么,以及不是什么。

  在傳統(tǒng)的信息科學(xué)中,基本單元叫做“比特”,即一個(gè)體系有且僅有兩個(gè)狀態(tài)。我們現(xiàn)在用的計(jì)算機(jī)、手機(jī)等等,內(nèi)部都是大量的比特,即大量的兩狀態(tài)系統(tǒng)。而在量子力學(xué)中,有一條原理叫做“疊加原理”,它說的是:如果有兩個(gè)狀態(tài)是一個(gè)體系可以處于的狀態(tài),那么這兩個(gè)狀態(tài)的任意“線性疊加”也是這個(gè)體系可以處于的狀態(tài),這樣的體系稱為“量子比特”。兩個(gè)狀態(tài)的線性疊加有無窮多個(gè),因此一個(gè)量子比特就是一個(gè)有無窮多個(gè)狀態(tài)的體系。打個(gè)比方,傳統(tǒng)的比特相當(dāng)于“開關(guān)”,只有開和關(guān)兩個(gè)狀態(tài),而量子比特相當(dāng)于“旋鈕”,是連續(xù)可調(diào)的,有無窮多個(gè)狀態(tài)。顯然,旋鈕包含的信息量比開關(guān)大得多。用這樣的量子比特組合成量子計(jì)算機(jī),它肯定可以做到所有的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能做到的事,還有可能做到一些傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)做不到的事。這些傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)做不到的事,就是量子計(jì)算機(jī)的價(jià)值所在。

  目前大家認(rèn)為的量子計(jì)算機(jī)做到的超過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的事,都是在實(shí)踐意義上,即傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)沒有發(fā)現(xiàn)快速的算法,而量子計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)了。

  但是,但是,對這些問題將來會(huì)不會(huì)發(fā)現(xiàn)快速的傳統(tǒng)算法?誰也不知道。所以,這類成果的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)還不夠牢靠。

  在這些前提下,我們可以明白一個(gè)要點(diǎn):量子計(jì)算機(jī)也是需要算法的,而算法與問題有關(guān)。因此,量子計(jì)算機(jī)并不是對什么問題都比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快,而是只對一些特定的問題比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快。對特定的問題設(shè)計(jì)出快速的量子算法,是一件非常需要?jiǎng)?chuàng)造力的事,發(fā)明出這些算法的科學(xué)家都受到了很高的崇敬。

  因數(shù)分解是量子計(jì)算機(jī)威力的一個(gè)最顯著的例子。不過,目前這只在理論層面成立。迄今為止在實(shí)驗(yàn)上用量子算法分解的最大的數(shù)是一個(gè)六位數(shù),291,311 = 523×557,是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的杜江峰院士和彭新華教授等人在2017年實(shí)現(xiàn)的。這離分解上千位的數(shù),還有很遠(yuǎn)的距離。

  而網(wǎng)文中提到的50個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)等等,都是很好的學(xué)術(shù)成果,但這些離解決文中提到的金融、汽車、半導(dǎo)體、化工等行業(yè)的實(shí)際問題還差得很遠(yuǎn)。奇點(diǎn)云云,更是純屬腦洞。

  不過,這是不是說量子計(jì)算不值得重視,甚至是個(gè)騙局呢?當(dāng)然不是。

  我們重視量子計(jì)算,是因?yàn)樗臐摿Γ皇撬默F(xiàn)狀。它確實(shí)有革命性的潛力,只是還需要艱苦的努力,絕不是一蹴而就的,更不是已經(jīng)處在商業(yè)盈利的邊緣,等著大家一哄而上。

  關(guān)于量子計(jì)算的遠(yuǎn)景,我覺得比爾·蓋茨的格言很有啟發(fā)性:“我們總是高估未來兩年的變化,而低估未來十年的變化!

  如果你問我:量子計(jì)算屬于一種爆炸式科技進(jìn)步嗎?會(huì)持續(xù)不斷加速度爆炸嗎?

  回答是:它如果成功了,即造出了超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī),效果就是爆炸式的。但在當(dāng)前的技術(shù)條件下,我們不知道它什么時(shí)間能成功,甚至不知道能不能成功。這跟社交媒體、網(wǎng)購等產(chǎn)業(yè)不一樣,那些是原理早已清晰了,一切技術(shù)條件都可以實(shí)現(xiàn),所以一定會(huì)爆炸式發(fā)展。而量子計(jì)算,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到收割的時(shí)候。

  因此,我建議大家對量子計(jì)算采取這樣的態(tài)度:積極關(guān)注;冷靜分析;以及作為基礎(chǔ)的,認(rèn)真學(xué)習(xí)。(作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)博士,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室副研究員,科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會(huì)會(huì)長)

 

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