谷歌或?qū)?shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，3分20秒超算萬(wàn)年計(jì)算任務(wù)

（文章來(lái)源：每日科技推）

量子計(jì)算機(jī)最被期待的功能之一就是創(chuàng)造新的化學(xué)物質(zhì)，以制造制作氮基肥料所需的催化劑或是制造高功率電池里面的零件，量子計(jì)算機(jī)也能被用來(lái)破解數(shù)字加密。有一天，量子計(jì)算機(jī)或許也能被用來(lái)精簡(jiǎn)組織流程與物流服務(wù)，甚至加速機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。

但是所謂「量子霸權(quán)」，并不代表量子計(jì)算機(jī)會(huì)很快取代及普及于我們生活的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。什么是量子霸權(quán)？量子霸權(quán)指的是研究者已經(jīng)可以運(yùn)用量子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行一個(gè)運(yùn)算任務(wù)，而這個(gè)任務(wù)是任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)（就算是最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)），也沒(méi)辦法在合理的時(shí)間內(nèi)運(yùn)算出來(lái)的。在谷歌的案例中，他們的任務(wù)是確認(rèn)一組算法的產(chǎn)出，是否能生成真正的隨機(jī)數(shù)。

根據(jù)這份報(bào)告，研究者已可以用量子計(jì)算機(jī)在3分20秒內(nèi)，計(jì)算出這個(gè)極度復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。另一方面，高峰3（Summit 3，一臺(tái)IBM制造、目前全世界運(yùn)算能力最強(qiáng)的商用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)）則需要花1萬(wàn)年才能得出這個(gè)運(yùn)算結(jié)果。量子計(jì)算機(jī)如何運(yùn)作？量子計(jì)算機(jī)利用量子力學(xué)的特性來(lái)運(yùn)作，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制來(lái)處理信息，亦即信息是用0與1的方式來(lái)呈現(xiàn)，但量子計(jì)算機(jī)使用量子位的方式來(lái)處理信息，這樣的量子位能同時(shí)表達(dá)0和1。

更有甚者，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的位都獨(dú)立于彼此之間運(yùn)作，但量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)量子位的狀態(tài)，會(huì)影響到系統(tǒng)中其他的量子位，所以能夠協(xié)同運(yùn)作來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。這兩種特性，讓量子計(jì)算機(jī)擁有遠(yuǎn)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更多的潛力。

如果使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，每次運(yùn)算出來(lái)的答案都會(huì)是一樣的，但如果使用量子計(jì)算機(jī)，則運(yùn)算的答案會(huì)有機(jī)率性，也就是說(shuō)每次不一定會(huì)有一樣的答案。所以在使用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，你需要運(yùn)算同一個(gè)問(wèn)題上千甚至上百萬(wàn)次，而這些解答若都圍繞著某個(gè)數(shù)字，則這個(gè)答案就應(yīng)該是對(duì)的。

在谷歌的研究中，他們使用的新的量子處理器「懸鈴樹(shù)」，此處理器擁有54個(gè)量子位（雖然有一個(gè)無(wú)法正常運(yùn)作，所以實(shí)際研究上只有使用53個(gè)），在研究中處理了真正隨機(jī)隨機(jī)數(shù)的問(wèn)題超過(guò)100萬(wàn)次。懸鈴樹(shù)有什么特別？懸鈴樹(shù)不是世界上最大的量子處理器，谷歌2018年就制造了一個(gè)擁有72個(gè)量子位的處理器，一個(gè)加州量子計(jì)算機(jī)的新創(chuàng)公司各帝，更說(shuō)他們即將準(zhǔn)備好要上線一個(gè)擁有128個(gè)量子位的處理器。

但谷歌的研究員指出，他們?cè)谝粋€(gè)量子位的可活動(dòng)時(shí)間（維持量子狀態(tài)）與每個(gè)量子位的互動(dòng)能力上，有長(zhǎng)足的進(jìn)步。這樣的進(jìn)步是很重要的，因?yàn)楫?dāng)量子位不再維持在量子狀態(tài)后，它們會(huì)在量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算中帶入錯(cuò)誤，而這些錯(cuò)誤必須用額外的量子位來(lái)計(jì)算與排除，這種錯(cuò)誤率就是為什么你的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能在大多數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算的正確率上，打敗現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)的原因。

量子霸權(quán)會(huì)讓量子計(jì)算機(jī)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)還優(yōu)秀嗎？不會(huì)，谷歌的成就只是意味著量子計(jì)算機(jī)能在這一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算中，打敗現(xiàn)有最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。谷歌的研究者在這篇報(bào)告中指出，他們的量子計(jì)算機(jī)或許還能應(yīng)用在優(yōu)化、機(jī)械學(xué)習(xí)和材料科學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。谷歌新的量子計(jì)算機(jī)的硬件雖能達(dá)成量子霸權(quán)，但它能在其他領(lǐng)域的應(yīng)用上加快多少指令周期，仍是一個(gè)未解的問(wèn)題。

而且根據(jù)這份報(bào)告，谷歌的量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，也還不足以應(yīng)對(duì)其它困難的數(shù)學(xué)問(wèn)題，如破解現(xiàn)有的加密系統(tǒng)，因這需要制造非常大質(zhì)數(shù)的能力。事實(shí)上，對(duì)于大多數(shù)的商業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，今日的量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力與準(zhǔn)確率，甚至還不能與傳統(tǒng)的筆記本電腦相比。

黑客是否可以透過(guò)量子計(jì)算機(jī)來(lái)偷走我的比特幣？目前，比特幣與其他加密貨幣所使用的公、私鑰加密技術(shù)是無(wú)法用量子計(jì)算機(jī)破解的，但谷歌的報(bào)告中預(yù)測(cè)，量子計(jì)算機(jī)將會(huì)持續(xù)以「雙倍指數(shù)」的速度來(lái)進(jìn)步，所以比特幣或許很快就會(huì)不再安全了。

害怕量子計(jì)算機(jī)將會(huì)突破一般使用的加密貨幣技術(shù)，美國(guó)國(guó)家安全局呼吁各方應(yīng)該采取更多元加密方式，來(lái)避免日后來(lái)自量子計(jì)算機(jī)的可能攻擊。雖然美國(guó)還沒(méi)決定建議要采取哪種算法，許多新創(chuàng)公司已開(kāi)始使用「后量子時(shí)代」的加密方式來(lái)幫助金融企業(yè)和政府來(lái)保護(hù)他們的系統(tǒng)。

我什么時(shí)候才能在桌上擁有一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)？答案是不會(huì)是最近。雖然幾乎所有可以達(dá)到量子狀態(tài)的物質(zhì)都可以用來(lái)做量子位，但目前最先進(jìn)的量子系統(tǒng)傾向于使用超導(dǎo)物質(zhì)，而這通常也要使用一些相當(dāng)稀有的進(jìn)口原料。谷歌懸鈴樹(shù)的處理器就使用鋁圈結(jié)合銦（indium），這是一種與銀差不多稀有的元素。

要讓這些物質(zhì)達(dá)到量子狀態(tài)，并避免量子位被外在的能量來(lái)源所干擾，量子處理器必須要小心的放在大型的稀釋冷凍機(jī)之中，使其溫度比深太空中還要低。
（責(zé)任編輯：fqj）