作者 | Talk君

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上週，中國科學技術大學宣佈，該校中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，構建了76個光子100個模式的量子計算原型機“九章”。

這一成果，使得我國成功達到了量子計算研究的第一個里程碑——量子計算優越性。

那麼量子計算機到底是什麼？最簡單的解釋來說，量子計算機是一種使用量子力學的計算機，它能比普通計算機更高效地執行某些特定的計算。

別誤會，跟這個完全是兩碼事

而在處理“高斯玻色採樣”問題時，“九章”的速度是目前最快的超級計算機的100萬億倍。

也就是說九章量子計算機只要花200秒就能處理好的事情，目前世界上最快的超級計算機要計算6億年。

200秒只是短短一瞬，但6億年早已是滄海桑田。

今天talk君想跟大家分享來自張浩的演講，在他看來，量子計算機不止是算的快，更是可以改變世界。

張浩，清華大學物理系副教授

大家好，我叫張浩，我研究的學科方向其實是屬於物理學裏邊的凝聚態物理學，什麼是凝聚態呢？凝聚態就是大家知道固體，液體，是吧？所有這些分子它們凝聚到一塊兒的東西。然後我做的是凝聚態裏面的實驗，然後具體在這個凝聚態裏面更小的一個方向，如果說專業點就叫做介觀物理，就是介於宏觀和微觀之間的這樣的一個物理，因爲我是做實驗的，我們是做比如說微納米級的器件加工和數據測量，所以我們的一個主要的應用，或者說我們的技術，所用到的技術其實和現在的比如說芯片，做芯片的技術，其實高度重合的。

因爲我們研究量子科學，所以我們想做的是下一代的量子芯片，就是所謂的量子計算機。大家可能聽太多量子計算這個詞了，量子計算到底比電腦計算機強在什麼地方？其實很簡單，它就是算的快，有多快，快到就是，給你舉個例子，比如說因數分解，大家可能小學，中學生都學過因數分解，是吧？比如說我告訴你一個數，問你它等於哪兩個數的乘積，你要告訴我，比如說15=3×5，是吧？這很容易算，但是我如果告訴你更大的數呢？你怎麼去算，這個其實我們電腦計算機沒有特別行之有效的方法，我們的方法是什麼，就是猜，就是不停的試，我們從最小的數開始，2、3、5、7，是吧？然後試，看能不能被這個數整除，不行的話再試下一個，試下一個。這樣其實算的速度非常非常慢，舉個例子比如說，一個有1024比特長度的一個整數我扔給你，然後問你說，它等於哪兩個數的乘積。最快的經典計算機去算這個問題，它大概要花11年的時間才能解決。

量子計算機如果能做出來的話，用量子的算法去算這個問題，100秒，就說我們算有多快，從11年的尺度，縮到100秒的尺度。那11年的尺度基本上就是不能算的，就是這個我們就是稱爲不可算的問題，基本上現在量子計算機就可以算了，所以大概這麼樣的一個突破。

你可以說，我不關心因數分解，我爲什麼要關心因數分解，它有什麼用？但是其實因數分解用處非常非常大，舉個例子，就說我們大家都說的保密，是吧？銀行或者軍隊的保密系統，它就是依賴於因數分解。比如說我想告訴你一個數，是吧？但是我不想讓其他人知道，怕其他人有可能截獲這個數，那我怎麼辦呢？比如說我想告訴你A，是吧？

但是我們可以提前商議好一個數，比如說B，是吧？然後我想告訴你A的時候，我不告訴你A，我告訴你A乘以B它的乘積，我甚至可以把這個乘積向全世界宣佈，所有人都知道這個乘積是多少，但是因爲它太大了，你要想用經典計算機算的話，你不可能算，但是因爲我們提前商量好這個數B，只有我和你知道，然後我告訴你它的乘積以後，你立刻用這個乘積去乘以我們提前商量好的這個B，就可以得到A，所以這樣的話，它的保密性能就會非常好。

這個量子計算機給我們保密系統帶來一個巨大的改變，以前11年不可算的問題，我們現在100秒就能算出來，這個是之前就是說的，那個如果量子計算機做出來的話，我們的經典計算機的保密系統全都要更換，就是它很容易破解那個經典計算機的那個密碼。

我們應該有一個共識，就是說如果真正的量子計算機做出來的的話，它的意義確實不亞於，比如說人類第一個飛機，或者登上月球，因爲就像我剛纔給你說的，我們從11年的時間變到100秒的時間，這種尺度是無法想象，就是我只是舉一個簡單的例子就說，比如能夠跟我們那個密碼系統，銀行系統帶來變化。是吧？但是它其實還有其他的應用，比如說能夠幫助人類研發新藥，像我們量子計算機，我們可能認爲我們現在計算能力已經非常非常快了，但是呢，其實我想告訴大家，在各行各業，我們現在計算機遠遠無法滿足我們的需求，比如說我們做物理研究，很多問題我們都需要用近似去做，我們也不知道我們做的這些近似的假設是不是對的，爲什麼呢？

因爲我們無法精確的去，不精確計算的話，需要的計算量太大了，所以這時候如果量子計算機能幫忙的話，比如說如果能幫我們預言一兩種新的藥物，能夠有效的治療癌症，我覺得光這一項應用就足以徹底變化我們整個，變更我們整個人類的社會。所以就是從另一個角度，爲什麼量子計算機做的快，是因爲薛定諤的貓，就說它可以同時去做兩件事情，像我們經典計算機是怎麼做一個計算，我們把一個任務拆分成很多小任務，然後我先算一個任務，算完以後算第二個。

所以它必須得是，就是一個一個的去算。量子計算機你可以產生一個疊加態，把這個同時計算過去，所以這是一個形象理解，就是說爲什麼量子計算機做的快，就是因爲薛定諤貓的疊加態，還有量子糾纏這些概念。

量子AI，就是一個交叉的學科，關於人工智能其實那個，當然我也瞭解，當然僅限於科普層面，或者可能讀過幾篇文章而已，所以那個並不是我的舒適區，就是我對AI瞭解不是很多，但是大概我能想象出來，就是量子計算它算的快，因爲AI對算力也是有非常大的需求，也許能夠幫助AI形成一個，就是1+1>2的一個效應，比如說阿爾法狗，以前做不了，是因爲它們算的速度沒有跟上，現在跟上以後就基本上剛纔那個前一個報告也說了，就是說當你的計算速度超過多少就會有什麼樣的變革。所以如果量子計算一下子能夠帶來從11年到100秒的突破的話，我相信也會給AI帶來翻天覆地的變化。