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劉興亮 | 谷歌「量子霸權」問世,影響極大細思極恐

劉興亮 2019-10-18

原標題:劉興亮 | 谷歌「量子霸權」問世,影響極大細思極恐

文/劉興亮(微信公眾號:劉興亮時間)

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01

兩年前,我在《從區塊鏈比特幣看技術烏托邦》一文中談到,懸在當前的區塊鏈加密算法的頭上有一把「達摩克里斯之劍」,它就是量子計算。

當時很多人不太以為然,因為量子計算并不廣為人知。即使知道量子計算的,估計很多人對于量子計算并不太看好,覺得很遙遠,根本不是一時半會兒的事。

這兩天,一則關于谷歌「量子霸權」的新聞傳遍了科技圈,刷新了我們對于量子計算的認識。

據多家外媒報道,谷歌的一份研究報告顯示,他們已經實現了「量子霸權」:全球最大的傳統超級計算機Summit要用1萬年解決的問題,其量子計算機在3分20秒內就能算出。

谷歌一度將相關論文上傳至NASA官網上,但隨后不久,該論文被刪除。

網上經常有一種說法:刪得越快,事情越大。谷歌的「量子霸權」的研究報告用在此處非常貼切。

200秒算出當今最牛的超計算機1萬年才算出的結果,讓人不禁想到西游記里曾經說道的「天上一天人間一年」,這就是差距啊。

這件事情非同小可,已經有不少網友擔心起銀行卡來,還有人說「銀行卡要顫抖了」。

因為,首先影響到的就是現在的密碼算法,所謂256位加密,1024位加密,2048位加密,都是建立在當前那些計算能力低于最大的超級計算機Summit的基礎上的,在這個基礎上,破解密碼的計算時間非常長,長到到破解出密碼的時候,密碼已經沒有價值。

但是,如果能達到谷歌的這個報告里的計算能力,Summit需要一萬年計算出的結果,200秒就能搞定,那么破解當今的密碼,也就是分分鐘鐘的事。

想想還真有點可怕。

02

雖然,有量子計算領域的專業人士指出:谷歌的量子計算機只能解決特定的問題,不具有通用的計算能力。但是,在我看來,科技固然需要用質疑的眼光去打量,但是也不可因為質疑而抹殺科技的巨大進步。谷歌的「量子霸權」也是量子計算領域的一個重大的突破。

傳統的計算機理論模型是圖靈機,硬件體系結構都是基于馮·諾依曼體系結構進行演化的。隨后出現的各種新的體系結構比如集群/網格,包括現在流行的虛擬化,云計算,還有各種超級計算機,都建立在馮·諾依曼體系結構之上的。

雖然,在摩爾定律的無形之手的推動下,計算能力發展超乎我們的想象,但是,最近幾年,我們越來越發現,摩爾定律越來越不準了,甚至有人提出了摩爾定律失效的論調。

這反映了一個我們不得不承認的事實:傳統的計算機離極限越來越近了,如果繼續沿著這條路走下去,計算能力很快就要達到終點。

正是在這種背景之下,量子計算的優勢逐漸顯現出來。量子計算突破了傳統計算機的硬件的體系結構,同時也有自己獨特的軟件系統。量子位(qubit)是量子計算的理論基石。

在常規計算機中,信息單元用二進制的 1 個位來表示,它不是處于「 0 」態就是處于「 1 」態。在二進制量子計算機中,信息單元稱為量子位,它除了處于「 0 」態或「 1 」態外,還可處于疊加態,那么傳統的一個bit位只能表示一個值,但是一個量子位可以同時表示多個值,因此它突破了傳統計算機的局限,相同的時間內可以做更多的計算,從而使得計算能力大大的提升。

所謂「量子霸權」,并不同于外交軍事上的「霸權」,它是指量子計算擁有的超越所有經典計算機的計算能力。

所以,量子計算機是計算機發展史上的新物種,是人類科技發展史上的一個革命性的創新。

它的出現,將對于世界產生顛覆性的影響。

03

關于谷歌的量子霸權,且來讓我亮三點:

  • 左一點:它是量子計算的里程碑。

量子計算從最初上世紀八十年代初提出,最初只是一些理論研究,直到2011年,全球第一款商用型量子計算機「D-Wave One」才發布。和傳統計算機相比,速度還是比較緩慢的,主要是技術的難度更大,也因為很多人和公司短期看不到希望而不敢或者不愿涉足于量子計算的研究。

谷歌的「量子霸權」開創了一個巨大的里程碑,它取得階段性成果無疑是一劑強心劑,提振了整個行業的信心。它如同一個標桿,讓同行看到了希望,相信不久之后,一些研究者都會提出「趕超谷歌」的目標。

從事前沿科技的研究是一條艱難的道路,在這條道路,需要像谷歌這樣的領先者在前面振臂高呼。它的革命性的突破同時也會引起外界更多的關注,讓量子計算更為普及,吸引更多的資本和人力投入到量子計算的研究中來。

  • 右一點:除了密碼學,它還將改變更多的領域。

由于計算能力的數10萬倍的提升,當前的科學計算有關的化學,材料科學,制藥等都會發生革命性的變化。它將極大的縮短新材料,新藥的研發周期。它對于如今正火的人工智能和機器學習的改變更是革命性的。

當前一些研究者為了提升算法性能挖空了心思,不斷的優化優化再優化。這些算法在量子計算前將完全不需要。計算能力的巨大提升使得機器學習,深度學習的速度更快,學習能力更強,這使得AI更加強大,能處理更復雜的計算,應用到更復雜的場景中。它還將改變金融業。

谷歌的「量子霸權」的消息傳出以后,據說對沖基金行業已經在歡呼,因為它們就是通過計算機的超級計算能力在金融市場上呼風喚雨的。除此之外,整個銀行業的安全系統也面臨著新的考驗。

  • 下一點:谷歌的「量子霸權」,提醒我國在量子計算領域需要加大投入。

雖然,谷歌的「量子霸權」離真正的普遍適用的量子計算還不小的差距,但是畢竟它已經遙遙領先了。

事實上,在美國,除了谷歌之外,因特爾,微軟,IBM這些巨頭都加入到量子計算的競爭中。英特爾與其他廠商合作推出了首款量子低溫晶圓探針,它可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的測試過程。微軟在大力推廣和量子計算有關的Q#語言,它的目標是開發一種通用的量子計算機。而IBM的53量子比特的量子計算機將于10月上線。而谷歌的量子計算機已經達到了72量子比特。

在我國,雖然理論上有了一些研究成功,技術實現方面中科大和華為都推出了量子計算模擬器,但是和這些巨頭相比,顯然還是有差距的。

量子計算必然是未來科技的一個戰略制高點。未來在這個制高點上,我國不能受制于人,為此,國家和相關的科研機構與企業加大量子計算的投入是必須的。

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  • 劉興亮
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    DCCI互聯網研究院院長。性情如家鄉的黃土般純樸,性格若家鄉的棗樹般堅韌,經歷像家鄉的黃河般滄桑。
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