作者簡(jiǎn)介：楊歆樂，井通科技首席構(gòu)架師。曾在家樂福、英特爾及阿迪達(dá)斯等公司工作。在中學(xué)期間曾專門從事量子估算方面的研究工作，對(duì)密碼學(xué)和網(wǎng)路安全均有較為深入的研究。近幾年對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)有深入的研究，而且擁有若干項(xiàng)專利。現(xiàn)居住法國(guó)密西西比州新澤西市。
近來，中國(guó)科技學(xué)院的潘建偉院士宣布量子通訊潘，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在今年首次實(shí)現(xiàn)十光子糾纏縱的基礎(chǔ)上建立了世界首臺(tái)趕超初期精典計(jì)算機(jī)ENIAC和的超導(dǎo)量子芯片計(jì)算機(jī)。
確實(shí)，這在科學(xué)界是個(gè)可喜可賀的事情，由于這表明中國(guó)團(tuán)隊(duì)不但在量子通信領(lǐng)域里處在世界領(lǐng)先位置，在量子計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)上也擠進(jìn)了第一方陣。同處該方陣的還有微軟()，國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)和德國(guó)的Delft技術(shù)學(xué)院等等。
然而，這個(gè)原本挺嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)術(shù)的事情，在一個(gè)“不在意事實(shí)，只在意觀點(diǎn)”的時(shí)代被不幸的標(biāo)題黨了一下，就弄成了大事兒：
人民晚報(bào)微博的一句“比超級(jí)計(jì)算機(jī)還厲害！”博得了億萬網(wǎng)民的眼珠。不過也好，借此科普一下。
我們還是先瞧瞧究竟如何回事吧。先來看圖：
圖1，中國(guó)團(tuán)隊(duì)的10量子比特芯片（2017）
圖2量子通訊潘，微軟UCSB的9量子比特芯片（2015）
首先，中國(guó)團(tuán)隊(duì)的這個(gè)10個(gè)量子比特的芯片趕超了微軟John組的9個(gè)量子比特。確實(shí)是領(lǐng)先的。而且從速率上快了24,000多倍，并且也是第一個(gè)比ENIAC快的量子計(jì)算機(jī)。
不過，這個(gè)量子計(jì)算機(jī)算的是一個(gè)稱作Boson的特定問題，這個(gè)和通用量子計(jì)算機(jī)還是不一樣的。
Boson，“玻色采樣”，它的估算復(fù)雜度是隨著粒子數(shù)的降低而指數(shù)下降的。理論表明，目前最好的商用CPU只能處理約25個(gè)粒子的玻色采樣，而目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河2號(hào)”能處理約45個(gè)粒子。假如量子計(jì)算機(jī)才能達(dá)到100個(gè)粒子的相干操縱，這么它對(duì)于處理這類問題的能力就可以達(dá)到“天河2號(hào)”的百億億倍！
但是，量子比特不光看數(shù)目，還要看質(zhì)量，其中包括量子比特的糾纏壽命，還有操作靈活性上。
在糾纏壽命(T1)上，中國(guó)團(tuán)隊(duì)的在10.9ms到27.2ms之間，微軟UCSB的在18.6ms到39.2ms之間，IBM的在20.4ms到44.4ms之間——中國(guó)團(tuán)隊(duì)的接近世界先進(jìn)水平。
從操作靈活性及可靠性上來說，中國(guó)團(tuán)隊(duì)的芯片就差了一些。中國(guó)團(tuán)隊(duì)的芯片兩個(gè)量子比特操作的可靠性只在90%左右，而的在98%左右。而在通用量子計(jì)算機(jī)中，不但壽命要高，操作性更須要達(dá)到99%，并且任意兩個(gè)相鄰的量子比特之間都要能自由實(shí)現(xiàn)高可靠的兩個(gè)量子比特的操作。所以，從水平來看應(yīng)當(dāng)是伯仲之間，各有千秋。但是，未來還是有很長(zhǎng)的路要走的。
所以，我的評(píng)價(jià)是：潘教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)步入量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，從無到有，但是擠入第一方陣。十分棒。另外，即使我們堪稱一五年內(nèi)達(dá)到20個(gè)量子比特，微軟團(tuán)隊(duì)甚至堪稱2018年末前搞出50個(gè)量子比特。并且量子計(jì)算機(jī)本身仍屬于前途光明，公路坎坷的狀態(tài)。
據(jù)悉，這兒我們?cè)偌觽€(gè)小插曲哈。請(qǐng)看右圖：
圖3，文章署名
可以看見，即使潘教授是最后一個(gè)作者（大boss）。并且似乎是團(tuán)結(jié)了中科院，北航等諸多單位包括朱曉波、黃浩華等院士。說明潘教授的組織貢獻(xiàn)應(yīng)當(dāng)小于科研攻關(guān)的貢獻(xiàn)。
下邊，我們來簡(jiǎn)略介紹一下量子計(jì)算機(jī)，便于你們更好理解。
（簡(jiǎn)化得不能再簡(jiǎn)化的）原理
你們曉得，普通計(jì)算機(jī)用的數(shù)據(jù)單元是比特，也就是0和1，例如磁體的南北，電容的充放電，電流的高低。
量子計(jì)算機(jī)呢，用的是量子比特，也是0和1，不過我們?nèi)绱吮硎荆簗0?和|1?。諸如粒子的載流子，光子偏振光或則是反射和透射等等。只不過，光子的偏振光狀態(tài)是可以疊加的，也就是說可以一半水平偏振光，一半豎直偏振光——這種疊加可以是任意比列的。
形象地來看，量子比特似乎是分布在一個(gè)單位球表面上的任意一個(gè)點(diǎn)，可見量子比特所包含的信息比精典比特多得多。
但是，根據(jù)量子系統(tǒng)的可疊加性，多個(gè)量子比特也可以并行處理運(yùn)算。當(dāng)有兩個(gè)光子的時(shí)侯，兩個(gè)量子比特就不止有|00?,|01?,|10?,|11?這四個(gè)狀態(tài)，而是可以有這四個(gè)狀態(tài)的隨便疊加，例如|00?+|11?就表示這兩個(gè)光子要么一起橫偏振光要么一起豎偏振光，而且不定——這就是所謂的糾纏態(tài)。
可見量子比特可以處在的狀態(tài)的種類比普通比特多多了。這么，這樣糾纏的多粒子理論上就可以進(jìn)行并行估算了。
歷史
量子計(jì)算機(jī)最早的看法是愛搗蛋的印度數(shù)學(xué)學(xué)家費(fèi)曼在1982年提出來的。（費(fèi)曼就是那種發(fā)覺挑戰(zhàn)者號(hào)航天客機(jī)橡膠圈凍硬造成燃料泄露造成車禍的人。）
費(fèi)曼發(fā)覺剖析模擬量子化學(xué)世界所須要的估算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了精典計(jì)算機(jī)所能達(dá)到的能力，而用實(shí)驗(yàn)室中一個(gè)可控的量子系統(tǒng)（例如：一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)）來模擬和估算另外一個(gè)我們感興趣的量子系統(tǒng)，會(huì)特別高效。
費(fèi)曼（他的自傳《別鬧了，費(fèi)曼先生》寫得很詼諧，推薦給你們）
不過，量子計(jì)算機(jī)這個(gè)看法直至1994年的出現(xiàn)才促使人們認(rèn)真上去。你們都曉得非對(duì)稱密碼學(xué)RSA體系借助的是將兩個(gè)大質(zhì)數(shù)的乘積質(zhì)數(shù)分解十分困難。通常覺得復(fù)雜度是O(NlogN)的量級(jí)，也就是說一個(gè)400位的數(shù)要質(zhì)數(shù)分解，最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)須要算上百萬年的時(shí)間。而Shor發(fā)覺量子計(jì)算機(jī)可以用一年的時(shí)間即使下來了——量子計(jì)算機(jī)把RSA破解的復(fù)雜度降到O(log2(N))的水平。
另外在1996年，Lov發(fā)覺量子計(jì)算機(jī)可以把最短路徑的問題從O(N)的復(fù)雜度降為O(N-1/2)的水平。
另外，和在1998年發(fā)覺量子固溶原理可以加速機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。Dwave就是借助這個(gè)原理另辟蹊徑作出的專門幫助機(jī)器學(xué)習(xí)的量子固溶機(jī)。
Shor的發(fā)覺令人激動(dòng)而焦慮——因?yàn)楝F(xiàn)在金融系統(tǒng)等保險(xiǎn)等級(jí)最高的地方都是使用RSA系統(tǒng)加密的。而一旦實(shí)用型的量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，這種RSA的公秘鑰都將作廢。甚至人們發(fā)覺，只要作出一個(gè)45個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)就可以徹底廢除RSA系統(tǒng)。
不過，量子計(jì)算機(jī)理論上可行，而且實(shí)驗(yàn)上十分困難，由于多粒子糾纏實(shí)現(xiàn)上去十分困難。所以，十多年前就有人作出5個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。而昨天人們的進(jìn)展也只是10個(gè)量子比特。作出更多的量子比特就須要將更多的粒子糾纏上去，以昨天的發(fā)展速率，要做到45個(gè)量子比特須要大概30到50年的時(shí)間。
但是，這世上的事情從來都是一物降一物的。即使是高性能的量子計(jì)算機(jī)做下來了，也會(huì)有量子通信來進(jìn)行加密。所以，你們不用杞人憂天。
編輯表示，您能沿著聽到這兒，已然很厲害了。給您點(diǎn)贊。總之這個(gè)科普小編是沒有全讀懂。您讀懂了嗎？歡迎給我們留言。
