前天，科技圈的“重磅”、“突破”，可能又是一條“明明每個(gè)字都認(rèn)識(shí)”系列的新聞：
中科院在5月3日宣布中國(guó)建造了世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)，自主研發(fā)10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過(guò)發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測(cè)量。
其實(shí)中科院就是想用一條重磅新聞告訴你，以后別動(dòng)不動(dòng)看見什么重磅新聞就震驚，量子計(jì)算機(jī)這件事我們自己也在做。而且不管誰(shuí)突破了，你還不是照樣看不懂。┑(￣Д ￣)┍
根據(jù)中科院的介紹，中國(guó)2016年就首次實(shí)現(xiàn)了10光量子糾纏操縱，隨后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)，速度比之前國(guó)際同行所有類似實(shí)驗(yàn)快了至少2.4萬(wàn)倍。
對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行提取之后得到這條新聞的要義：中國(guó)建造世界上第一臺(tái)10比特量子計(jì)算機(jī)。
而上一次的突破是Google在2015年聯(lián)合NASA和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現(xiàn)了9個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。
所以突破點(diǎn)在于這10比特，相較于Google之前維持的世界紀(jì)錄和IBM在2016年實(shí)現(xiàn)的5個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，這是頭一次有人把可操作的量子比特上升到兩位數(shù)。
那么問(wèn)題就來(lái)了，為什么要這么仔細(xì)的一個(gè)量子比特一個(gè)量子比特的去競(jìng)賽呢？一個(gè)比特的提升也這么值得歡呼嗎？
在4月23號(hào)，Google剛立了一個(gè)Flag，要在年底打造出世界上第一臺(tái)可以超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)49個(gè)量子比特的操控，實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。
雖然不明白，但是好像很厲害，這個(gè)量子霸權(quán)究竟是什么東西呢？根據(jù)目前主流的說(shuō)法：
“量子霸權(quán)”是美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾發(fā)明的詞，它為量子計(jì)算機(jī)設(shè)定了一個(gè)初步的標(biāo)準(zhǔn)：目前頂級(jí)的超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠完成成5到20個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)所做的事情，但超過(guò)49個(gè)左右量子比特后，量子計(jì)算機(jī)的能力讓超級(jí)計(jì)算機(jī)望塵莫及。
所以說(shuō)現(xiàn)在所出現(xiàn)的量子計(jì)算機(jī)，其實(shí)還不夠“重”，并沒有達(dá)到傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的水平，但是達(dá)到量子霸權(quán)的水平之后，量子計(jì)算機(jī)就有可能成為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的替代者了。
所以對(duì)于上面那個(gè)答案的回答，可能是，誰(shuí)都想在下一場(chǎng)所謂計(jì)算機(jī)革命的山頭插上自己的旗。
雖然我們的電子計(jì)算設(shè)備的計(jì)算能力每年仍在提升，但其實(shí)支配傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)速度繼續(xù)翻倍的摩爾定律已經(jīng)快撐不下去了。而我們至今還沒達(dá)成在手機(jī)上玩3A大作的夢(mèng)想（科學(xué)家誰(shuí)管你這個(gè)），所以如果量子計(jì)算機(jī)有了突破性進(jìn)展，那么也就意味著將再一次迎來(lái)二十一世紀(jì)初那段日子——每年的新電腦都能給你帶來(lái)爆炸的體驗(yàn)提升。而其所帶來(lái)的變革也會(huì)更大，比如什么VR、AR、人工智能也就都不在是現(xiàn)在這幅半成品模樣。
從2015年開始這場(chǎng)競(jìng)賽就已經(jīng)很激烈了，主要的玩家有Google，IBM，Intel，Microsoft，但是Intel專注硅量子點(diǎn)技術(shù)，微軟則選擇拓?fù)淞孔佑?jì)算，兩者都比較冷門，主要的競(jìng)爭(zhēng)就只在Google和IBM之間。
此前的中國(guó)一直沒怎么在這場(chǎng)競(jìng)賽中露面，這次推出號(hào)稱“中國(guó)首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)”，背后有中科院也有阿里巴巴。
量子比特，也就是各國(guó)各大佬在逐個(gè)競(jìng)賽的東西，它遵循兩個(gè)基本原理：量子疊加和量子糾纏，能實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力質(zhì)的的飛躍。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)最大的不同之處就在于量子。中科院是這樣解釋的：
傳統(tǒng)計(jì)算使用的運(yùn)算規(guī)則是二進(jìn)制的，用0和1記錄信息狀態(tài)，每一步能做到的只有2的一次方——2次運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)由量子狀態(tài)來(lái)描述信息，它們擁有更快速的運(yùn)算方式。比如，2個(gè)量子態(tài)（也可以稱作“2個(gè)比特”）的量子計(jì)算機(jī)，每一步可做到2的2次方——也就是4次運(yùn)算。3個(gè)比特的量子計(jì)算機(jī)，每一步可以對(duì)信息做到2的3次方——8次計(jì)算。
這就是量子疊加，能同時(shí)處于兩種狀態(tài)的量子能并行處理兩個(gè)問(wèn)題，相當(dāng)于左手和右手同時(shí)都能寫作業(yè)，而每增加一個(gè)量子，這樣的能力還要繼續(xù)翻倍。
“薛定諤的貓”所描述的就是一個(gè)量子力學(xué)的理想實(shí)驗(yàn)：盒子里是貓和毒藥裝置，毒藥裝置里的粒子衰變后會(huì)讓毒氣釋放，貓吸入毒氣后會(huì)死亡。根據(jù)量子力學(xué)的原理，但在打開盒子觀測(cè)之前，這只貓永遠(yuǎn)都同時(shí)存在死和活的疊加狀態(tài)。
這同時(shí)也導(dǎo)致了觀測(cè)帶來(lái)的量子的不穩(wěn)定性，只要打開盒子，貓的狀態(tài)就塌縮成一種，要么死了，要么或者，但你并不知道塌縮是什么時(shí)候發(fā)生的。量子跟這只貓差不多，再被你看到真相之前，它是多種狀態(tài)的疊加，一旦介入觀測(cè)，就會(huì)坍縮成一種固定狀態(tài)。
疊加的狀態(tài)很神奇，但這只是第一步，量子計(jì)算機(jī)在實(shí)現(xiàn)量子疊加之后還要實(shí)現(xiàn)量子糾纏，也就是讓量子之間相互作用，這個(gè)概念更神奇，愛因斯坦曾經(jīng)叫它是詭異的超距離作用（spooky action at a distance）。
糾纏這個(gè)詞十分具有想象力，不管對(duì)于人類還是量子來(lái)說(shuō)，“糾纏”都帶著一股神奇的力量。比方說(shuō)，盡管你已經(jīng)和前男友分手了，他還是能不斷的打電話發(fā)短信讓你心煩。
量子糾纏的力量要更古怪一些，它甚至不需要電話、短信或者任何通訊介質(zhì)。如果兩個(gè)粒子的距離足夠近，它們就會(huì)糾纏在一起，即便把這兩個(gè)粒子分開，再遠(yuǎn)，天各一方，它們還會(huì)保持糾纏的狀態(tài)。而且只要兩個(gè)粒子糾纏上了，就算沒有手機(jī)、郵件、以及任何溝通方式，只要你對(duì)一個(gè)粒子進(jìn)行測(cè)量，在遙遠(yuǎn)的另一方的粒子狀態(tài)也會(huì)受到影響。
糾纏是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算必須的一步，但因?yàn)榱孔拥牟淮_定性也很難實(shí)現(xiàn)。除此之外，超導(dǎo)體運(yùn)行需要極低的溫度，就算理論的問(wèn)題解決了，不能接受在零度以下玩電腦也不能實(shí)現(xiàn)讓量子計(jì)算機(jī)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。對(duì)于這一點(diǎn)，IBM想到的解決辦法是將超導(dǎo)電路置于龐大的零度以下電冰箱中，然后將五個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)以平臺(tái)的形式進(jìn)行共享。
說(shuō)了這么多，但其實(shí)到現(xiàn)在也還是沒有一臺(tái)實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)，并且擴(kuò)展性可編程性也有待解決。但是就說(shuō)如果量子計(jì)算機(jī)真能按計(jì)劃發(fā)展，先從算法來(lái)講，對(duì)于各位程序員來(lái)說(shuō)首先就是一擊。
