量子计算机牛市炒作

有一位主持股票和投资的电视名嘴有一句口头禅：“总是有个地方有牛市”。意思是说，总是能找到一个领域吸引大量投资者的兴趣。鉴于美国股股市刚刚经历自 2008 年以来最差的年份，您可能会想这个口头禅应该被打破了吧。但是今天我提到这个领域，您会发现这段时间来一直处于炒得很热的牛市，那就量子计算。

量子计算的炒作似乎是因为 2022 年公布的诺奖所激发的，因为获得物理学奖的法国物理学家 Alain Aspect、奥地利的 Anton Zeilinger 和美国的 John Clauser 是因为他们在量子纠缠方面贡献而获奖的，而量子纠缠就是量子计算的核心。

人们认为，一旦解决了这些问题，量子计算机就可以开辟新的数学领域，并彻底改变工业化学品和药物的开发。但是量子计算也有不好的一面，似乎是激发了专家们的想像：量子计算机可以破解现在使用的所有加密协议，从而造成各种破坏，这值得人们担心。加密密钥保护着大多数的通信，包括财务交易和常用的短信应用。据推测，一台实用的量子计算机可在一天内破解这些密钥。一家著名的网络安全公司 CEO 最近指出，有些罪犯和一些不怀好意的主已经开展“现在存储以后解密”式的攻击，就是现在盗取数据，以便将来用尚待建设中的量子计算机来解密。

美国国土安全部称，这种解密方式到 2030 年可能变得可行。这对于拥有大量专有加密数据的实体来说是个难题，军队、政府智囊和金融机构或许应该对量子计算有所担心。难怪 NIST（美国国家标准技术研究所）推出了一个叫做国家网络安全卓越中心的东西。目标是开发量子计算机无法破解的后量子时代加密技术。

在我们为七年后的量子计算危险性而担心前，让我们了解一下这种技术的现状应该更有用。引用东京庆应义塾大学的一位研究人员的话来说，现在的量子计算处于一个有点类似于经典计算在 20 世纪 80 年代末所处的阶段。但我认为这种说法有点过。20 世纪 80 年代末，计算机开始在商店面向公众发出售，而今天的量子计算机只存在于实验室，必须由专业研究人员团队操作。而且，今天的量子计算机既计算量小（最大的是 IBM Osprey，有 433 个量子比特），又有“噪声”，意味着它们几乎还无法完成任何一项任务。

让我们来看一下 Google 正在开发的名为 Sycamore 的量子计算机。它目前有一个 54 量子比特的处理器，必须先在一个六英尺高的液氮筒中放置至少一天，这样其所依赖的超导组件才会变得足够稳定以投入使用。报道称，Sycamore 的一项成就是能够数到 4。而据报道，Sycamore 处理器平均每一千步左右就会出现一个错误。

当然，让量子计算机上进行有用的工作需要的要远远超过一千步。量子计算机运行的算法基本上是由矩阵矢量乘法组成。为了获得有意义的结果，一个程序必须运行数万次，然后用信号处理技术从一堆数据中筛选出结果。

容错性是量子计算机的一个大问题，因为现今的量子机器制造的错误太多了。您可能认为这种情况可以通过在处理器运行时检查量子比特的状态来改善。问题是：测量一个量子比特会导致计算的恶化。而且，不仅仅是有意识的观察者的测量会导致问题；还有任何数量的与环境的交互作用都会以同样的方式扰乱结果。

一些研究人员认为，我们可能还要一年左右才能看到第一个完全容错的量子比特。不过，在可预见的未来，能够容纳容错量子比特的计算机可能是大规模的。例如，Google 计划建造一台量子计算机，放置在一个车库大小的冰柜中。

这些因素让我想起了我的第一个工程主管的话。每当进行第一个重要的设计项目时，他很喜欢告诉他手下那些过于乐观的年轻工程师：“你遇到的问题你可能自己都不知道它存在。”

这种看法可能也适用于量子计算机，这些计算机听起来更像是研究工作，而不是像奇异的密码破解器的前身。我们最终可能会看到量子计算机表现出令国土安全部担忧的那种超级解密能力。但是，我的老上司可能会像否定他那些还没长大的工程师的热情一样，对七年的时间期限嗤之以鼻。