宋辰

量子計(jì)算機(jī)到底牛在哪？何時(shí)會出現(xiàn)？量子計(jì)算與AI結(jié)合將產(chǎn)生怎樣的想象空間？

RSA算法是現(xiàn)在常用的加密算法，大家認(rèn)為這是一個(gè)高度安全的密碼系統(tǒng)，但是如果有了量子計(jì)算機(jī)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，RSA將變得不安全。

如果用400位數(shù)的整數(shù)來做一個(gè)RSA密鑰，用現(xiàn)在最大的、最好的超級計(jì)算機(jī)，需要60萬年才能夠破解。但是如果將來有了一臺量子計(jì)算機(jī)，有相當(dāng)?shù)膬Υ婀δ艿脑挘?個(gè)小時(shí)就可以破解。而3個(gè)小時(shí)還是最保守的估計(jì)。

這個(gè)震驚了世界學(xué)術(shù)界的量子計(jì)算到底是什么樣的計(jì)算原理？它和經(jīng)典的計(jì)算機(jī)有何不同？它為什么會這么快？量子計(jì)算機(jī)什么時(shí)候會出現(xiàn)？量子計(jì)算與AI可以產(chǎn)生怎樣的新的想象空間？

在11月5日的騰訊WE大會上，中國科學(xué)院院士、量子計(jì)算專家、圖靈獎(jiǎng)獲得者姚期智一一作答。

楊子見歧路而“不”哭

在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)里，會面臨著“楊子見歧路而哭之”的問題。

《淮南子》里的這個(gè)故事，講的是楊朱看到有一只羊走失了就去尋找，走到了分叉的地方，他不知道羊在哪一條路上，這個(gè)時(shí)候他不能夠決定，覺得很悲傷。

看起來唯一的方法就是楊朱必須先去走一條路，然后再走另外一條路。這與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)面臨著同樣的問題——我們想要找一個(gè)答案，常常要搜索好幾個(gè)不同的方向，來看到底哪一個(gè)方向才能夠給出一個(gè)答案。

如果楊子是孫悟空的話，這個(gè)問題就好解決了。因?yàn)橹灰陬^上拔幾根毛，變出很多個(gè)小孫悟空，每個(gè)人都走不同的路。這樣，大家可以同時(shí)搜索，搜索的時(shí)間就短了，一個(gè)難的問題就變得容易了。

量子計(jì)算機(jī)依賴出現(xiàn)在自然界的量子力學(xué)現(xiàn)象，也就是物質(zhì)的兩種重要狀態(tài)——疊加（superposition）和糾纏（entanglement），物質(zhì)的這些狀態(tài)被用于計(jì)算時(shí)，有望提升對復(fù)雜數(shù)據(jù)集執(zhí)行計(jì)算的能力。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是依賴晶體管的二進(jìn)制數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)里晶體管可在0或1兩種狀態(tài)之間切換來實(shí)現(xiàn)計(jì)算信息，量子計(jì)算機(jī)并不使用晶體管（或經(jīng)典比特），而是使用量子比特（Qubit）。

在量子世界里，這些最微小的粒子本身就具有孫悟空一樣的能力。“所以，這是一個(gè)非常神奇的事情，在這種最微小的量子世界里面，一個(gè)小孫悟空可以一下子變成兩個(gè)孫悟空，有一半的他走一條路，另外一半走另外一條路。”姚期智說，“換句話說，就是達(dá)到了平行計(jì)算，基本上等于有無限多個(gè)能夠運(yùn)作的計(jì)算?！?/p>

量子計(jì)算都可以做什么？

如果有了量子計(jì)算機(jī)就可以解量子方程式，很多物理、化學(xué)、生物上的問題都能夠得到解決。

“經(jīng)過這20多年的努力，科學(xué)家已經(jīng)了解到什么樣的材料是最適合做量子計(jì)算機(jī)的，而且知道這個(gè)藍(lán)圖是什么樣的，但它還是一個(gè)非常難的實(shí)踐過程?！币ζ谥潜硎?，量子計(jì)算機(jī)的“最后一公里”是一個(gè)非常艱難的過程，“在量子計(jì)算機(jī)里面‘糾錯(cuò)是一個(gè)非常難的問題，我們現(xiàn)在進(jìn)到了最后一里路，但這也是非常長的一段路程。”

在量子計(jì)算機(jī)里面，還有個(gè)重要的事情是要做記憶。姚期智解釋道，存儲量和存儲時(shí)間是“做記憶”的兩件重要事情?！拔覀冏罱呀?jīng)實(shí)現(xiàn)在原子上面做出225個(gè)記憶體，存儲量比以前增加了10倍。通過把原子用電離的方式做成變成離子，然后用鐳射固定、冷卻，同時(shí)操縱它，已經(jīng)能夠做出一個(gè)存儲很久的量子存儲。”

對于最令人興奮的未來，姚期智表示：“如果能夠把量子計(jì)算和AI結(jié)合，我們能做出連大自然都沒有想到的事情。”endprint