呼之欲出量子计算机与它漫长的最后一公里

[嵌牛导读]

        “量子计算”和“人工智能”是未来最令人激动的话题，也是最前沿的科技领域，如果我们把量子计算机和AI结合在一起，我们可能做出连大自然都没有想到会有如此结果的事情！量子计算的时代已经来临，量子计算出现在学术期刊上，出现在普通报纸上，量子计算成为一个热门的话题，那么量子计算到底是什么？量子计算到底有多快？对大多数人来讲，量子计算还很神秘！

[嵌牛鼻子]

        量子计算机和经典计算机的不同之处，量子计算机什么时候可以出现，量子计算机和他漫长的最后一公里，量子计算机的应用

[嵌牛提问]

        量子计算机的原理是否涉及量子纠缠现象？量子计算机和量子通信之间的联系是什么？

[嵌牛正文]

        中科院院士，世界计算机学家，图灵计算机奖获得者姚智期通过一个对比，让我们见识量子计算机的魅力！我们想用一个RSA的密码系统，用400位数的整数来做一个密钥的话，用现在最大的、最好的超级计算机，需要60万年才能够做出来，但是如果在将来有了一个量子计算机有相当的储存功能的话，三个钟头就可以做出来。光是这样就可以看到量子计算机能够破解现在没有办法破解的密码，这个震惊了世界学术界！

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        1.量子计算机和经典计算机到底有什么不同？

        量子计算为什么是一个革命性的计算原理，它和经典的计算机到底不同在哪里？它为什么会这么快？

        中国有一则寓言，“杨子见歧路而之”，杨朱看到有一只羊走失了，他走到了分叉的地方，他不知道羊在哪一条路上，这个时候他就不能够决定，觉得很悲伤，因为唯一的办法就是必须先去走一条路，然后再走另外一条路。这代表着我们在做计算机的一个计算问题的时候，我们想要找一个答案，常常要搜索好几个不同的方向，来看到底哪一个方向才能够给你一个答案。这就是传统计算机所面临的问题。

        但是，在量子世界里，这个问题能够得到解决。在传统的世界里面，杨子看到有歧路，最好的解决方法是什么呢？如果杨子是孙悟空的话，这个问题就解决了，因为我在头上拔几根毛，变出很多个小孙悟空，每个人都走不同的路。这样的话，大家可以同时搜索，搜索的时间就短了，一个难题就变容易了！而在量子世界，这些最微小的粒子本身就具有孙悟空一样的能力。所以，这是一个非常神奇的事情，在这种最微小的量子世界里面，一个小孙悟空可以一下子变成两个孙悟空，有一半的他走一条路，另外一半走另外一条路。如果在一种适合的情况下，他们真的能够有一个非常好的配合，能够让他们所有的分身全部分开，大家一起合作。换句话说，这个就是达到了我们的平行计算，基本上等于有无限多个能够运作的计算器给你用。

  2.量子计算机什么时候会出现？

        经过现在十几、二十多年的努力，在实践的建设量子计算机过程中，现在取得了相当大的进步，姚智期院士给我们介绍当今世界上做量子计算机所用的科学技术，同时介绍清华大学量子信息中心所做的一些工作。现在基本上经过20多年的努力，科学家已经了解到最适合做量子计算机的材料，而且知道这个蓝图基本上是有了，但是它还是一个非常难的实践过程。现在大家已经可以听到，也许在以后的半年、一年有很多地方都会宣布，能够有50个量子比特、100个量子比特的机器。这些当然令人兴奋，可是这离实用还差的很远，大家都还没有考虑怎么纠错，因为在量子计算机里面纠错是一个非常难的问题，我们可以看到我们现在进到了最后一里路，但这也是非常长的一里路。

        姚智期告诉我们清华大学量子信息中心做的事情，现在有用超导做量子比特，也有用离子来做量子比特，甚至用钻石做量子比特，它们都各有优劣。比如说钻石，我们都喜欢钻石，但是它真正的好处是，它是一个固体，同时能够在常温工作，不需要用很多的冰箱来冰冻它，如果有一天要做一个钻石量子计算机，像钻石量子计算机又赏心悦目又有面子，你就可以放在你的桌子上。还做一些拓扑的量子计算，对纠错特别好，清华大学量子信息中心在六年以前觉得这个时机已经到了，理论都已经成熟了，工作也都确立了方向，成立一个量子计算机所，在这个中心里面，所有的科技都做。经过六年的努力，清华大学量子信息中心已经成为世界上相当知名的一个量子计算机中心。另外还做一些事情，在量子计算机里面最重要的事情是要做记忆，做记忆两个事情很重要，一是它需要有很多的存储，清华大学量子信息中心最近的一个工作就是在原子上面能够做出225个记忆体，这个比以前增加了10倍。

    3.量子计算机的未来？

        量子计算机除了破解密码还有很多事情可以应用，它最重要的一个应用，如果我们有了量子计算机，我们就可以像现在能够模仿古典的物理，用我们的计算机做各种事情。如果有了量子计算机就可以解量子方程式，量子方程式它是最重要的一个方程式，如果能解量子方程式的话，我们就可以解决很多物理上的问题、化学上的问题、生物上的问题！

        量子计算在科学里面占据什么样的地位，姚智期说对他来讲，最兴奋的将来，就是我们现在两个最热门的题目，量子计算和人工智能可以结合在一起。因为人工智能可以是人类想要了解自然界，怎么样做出这么聪明的人，我们想要达到这个境界。如果说，我们能够把量子计算用到这个里面，我们可能比大自然更聪明。

        如果站在我们现在的视角，我们看到这个宇宙，宇宙给我们两个很大的挑战，第一个就是宇宙告诉我们，量子物理能够做出一个很精妙的事情，如果没有量子计算机我们就不能引领它。在软件方面，我们人类能不能到达大自然所做出来的，孕育出来的物种。我们，如果能够把量子计算机和AI放在一起，我们可能做出连大自然都没有想到会有如此结果的事情！