别担心，“量子霸权”没电影里那么可怕！

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　　文/新浪科技 苗钟毓

　　在3月5日召开的美国物理学会会议上，谷歌再次向“量子霸权”发起冲刺，推出了拥有72量子比特的新量子处理器Bristlecone。而在此前，IBM 和英特尔公司也分别宣称他们建造了具有 50 和 49 量子比特位的量子计算机。

　　量子计算领域的竞争愈演愈烈，越来越多的国家与企业正在卷入这场对“量子霸权”的争夺战中。

　　公众对于量子计算同样抱有极大的热情，“量子霸权”这个充满冷战气息的名称功不可没。

　　“量子霸权”的概念最早由美国加州理工学院物理学家约翰·普瑞斯基尔提出，意指当量子计算机的量子比特数超过49个量子比特后，量子计算机的计算能力就可以远远超过目前已有的所有超级计算机。

约翰·普瑞斯基尔

　　约翰·普瑞斯基尔是量子信息理论与量子计算领域的权威。早在2000年，普瑞斯基尔就主持设立了加州理工学院的量子信息与物质研究所。值得一提的是，普瑞斯基尔曾经两度与霍金打赌，并且都赢得了赌局。

SHAME ON YOU，SHELDON！

　　公众对于量子计算热情的另一个催化剂则是媒体与科幻作品对量子计算机“神奇能力”的追逐与吹捧，破解世界上所有的密码、仿真一整个世界这些充满想象力、亦真亦幻的用途都让人目眩神迷。

　　因此，我们今天就来看一下，这些“金属色”的狂想有哪些可以实现吧。

　　破解所有密码，毁灭世界吧！

蔻蔻·海克梅迪亚 

　　在此前大热的动漫《军火女王》中，由伊藤静配音的蔻蔻·海克梅迪亚是日本动漫中一类并不常见的主角，她是善与恶的复杂混合体，很难说清楚她更偏向于哪一侧。本质上，蔻蔻是一个理想化了的恐怖分子。

　　童年的经历使蔻蔻对战争深恶痛绝，但她的出身又决定了她必须以贩售军火为生。为了消灭战争，蔻蔻暗中策划了一个名为“世界蛇”的计划。她打算利用搭载量子计算机的卫星破解全世界的通信，并控制全世界的航运，使世界重新陷入割裂与封闭。蔻蔻坚信这是消灭战争的唯一方法，为此即便牺牲数以十万计的生命——计划执行时，在民用航空器上的乘客数约为10万人——也在所不惜。

　　蔻蔻的计划并非不可行。科学家们普遍承认，量子计算机在破解密码方面有着传统计算机不可比拟的优势。但是，这个故事的前提在于蔻蔻是世界上唯一拥有量子计算机的人，她的“霸权”是绝对的。

　　就目前来看，量子计算领域的竞争是公开而激烈的。蔻蔻和天田南（负责研发量子计算机的科学家）想凭一己之力超越谷歌、IBM等“竞争对手”率先达成量子霸权并不容易。

　　此外，面对量子计算机，通信专家与密码学家们并没有坐以待毙。

　　2016年8月16日，潘建伟院士研发的墨子号量子科学卫星在酒泉发射升空。墨子号就采用了量子加密的技术，这是目前为止“最接近无法破解的通讯技术”，即便量子计算机也无能为力。

　“墨子号”量子通讯卫星发射

　　业界普遍认为，量子加密技术的难度低于量子计算机。因此在量子计算机称霸世界之前，量子加密技术的普及速度无疑更快。

　　除了量子加密，现代密码学的成就同样不可小觑，密码学界已经开始研究抗量子攻击的加密系统。破解难度的大幅提升，将让量子计算机也望而却步。

　　仿真一个宇宙，预知未来

　　刘慈欣在自己的小说《镜子》中，开了这样一个脑洞：如果计算机的计算能力足够强，是不是就可以模拟整个宇宙的运行？人类是不是就可以知晓从大爆炸到无垠未来的全部？

　　“随着物理学的进步，随着弦论之类的超级理论的出现，物理学家们渐渐搞清了那个奇点的结构，并且给出了它的数学模型，与这之前量子力学的模型不同，如果奇点爆炸前的基本参数确定，所生成的宇宙中的一切也就都确定了，一条永不中断的因果链贯穿了宇宙中的一切过程……”

　　这是个有趣的想法，但无疑是不现实的。即便不去考虑预知未来之后的矛盾，仿真这样一个庞大的系统，任何扰动都足以让整个系统的走向发生偏差。因此，它预言很可能是不靠谱的。

　　而量子计算机所面临的最为重要的一个问题就是错误率——受自身特性的限制，量子计算机通常需要在极为严苛的条件下运行，任何噪声都可能导致错误。

传统超级计算机在模拟微观结构时力不从心 图片来源：知识分子

　　尽管不能仿真整个宇宙，但量子计算机却可以在模拟分子结构等领域大展身手。

　　去年9月，《自然》杂志刊登了IBM在量子化学领域取得的突破，IBM在自家的量子计算机上实现了一种新的量子算法，这种算法可以模拟真实分子，能够高效精确地计算出小分子电子的最低能态。

　　相比于传统计算机，量子计算机可以用很少的计算资源完美地模拟出体系状态。

　　制造虚拟世界，让人类意识寄宿其中

　　在最新的Fate系列动画《Fate/EXTRA Last Encore》中，“魔力”被算力取代，圣杯变成了名为“Mooncell Automaton”的超级计算机。

《Fate/EXTRA Last Encore》

　　按照设定，Mooncell Automaton是一块直径达到三千公里的光子结晶，月球大小的超级电脑，记忆了所有过去，预测了所有未来，演算规模能匹敌一个太阳系的万能计算机。这台万能的计算机制造了一个虚拟的空间，让人类能够以“灵魂”的形态寄宿其中，为了唯一的“许愿机会”，彼此厮杀。 

《黑客帝国》

　　Mooncell Automaton与虚拟世界的设计很难不让人想起《黑客帝国》，这部经典的科幻电影中同样有一部名为“矩阵”的超级计算机。

　　这些几近万能的机器往往让人难以评价，它们是上帝在数字世界的小马甲，对它们进行任何可行性上的质疑都是不识趣的。

　　但我相信的是，在这些作品中，这些机器的存在不是为了给人类提供一个无限的游艺场或者面对末世的避难所，而是为了激发人类探索未知的欲望，以及考验人类是否具有直面现实的勇气。

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