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量子计算机被科学界广泛认为是计算能力提升的关键点，不同于经典计算机的架构将使得它拥有前所未有的计算能力，并能够帮助人们突破科学研究的瓶颈。谷歌在近日发表了一篇论文，揭示出量子计算机已经具备远超最强超级计算机的强大能力。
最强超级计算机，不敌量子计算机
谷歌的科研人员在53量子比特的量子计算机上，运行随机量子线路采样任务并与模拟超级计算机的计算进行对比，最终得出结论：量子计算机已经实现量子霸权。根据这篇论文给出的数据，谷歌量子计算机花费200秒也就是3分20秒完成了计算，放到当今最强大的超级计算机Summit，则需要花费上万年才能完成。如此对比足以让我们见到，谷歌制造出了怎样的“洪水猛兽”。这也是一部分科学家所认同的量子霸权（Quantum Supremacy），即量子计算机在某一实际应用中所表现的计算能力，超越了世界上所有的经典计算机（比如说当前使用的电脑、手机等设备）。一万年到200秒，时间上的缩短仿佛预示着人类计算效率可以凭借量子计算机大幅提升，过去无法想象的工作都能实现。比如说各类密码破译，目前广泛使用的RSA等衍生加密算法，都无法被当下采用的计算机系统破译，就算是采用“最笨”的穷举法也得花上数年时间。而有了量子计算这样可怕的计算力提升，破解密码变成了眨眼之间就能完成的事情。如此神奇的量子计算机，究竟是如何拥有完全碾压经典计算机的计算能力？这得从量子计算的特性说起。如果你对计算机原理略有了解，那么一定知道0与1的状态组合，源于开关的架构在过去数十年的发展中，形成了如今的计算机世界。在量子计算的计量单位量子比特（qubit）上，0和1状态可以叠加出现，让信息量得以呈指数级提升，大幅提升计算效率。举个例子，假设n=5，那么在经典计算机中信息的长度就是5，而到了量子计算中变成了2的5次方，也就是2*2*2*2*2=32，一下子提升了6倍有余。量子计算机和经典计算机的差距，更是远非32和5这么简单。
离走出实验室还有很远
量子霸权的实现，并不意味着密码从现在起就全部报废，全世界会因其变得岌岌可危。根据论文中的说法，目前仅仅是完成了量子霸权的验证，还没有可以投入到破解密码这样的经典计算机应用领域的方法。根据科学界广泛认同的说法，需要再发展20~30年，我们才能见到量子计算在更广泛领域中的使用。所以你现在只需要知道量子计算带来了算力提升，密码安全的事情可以先放在一边。量子线路也就是量子计算所采用的设备，都采用超导体材料制造，也因此需要将其降低到绝对零度（约等于零下273.15摄氏度）附近，来进行正常工作并获得可信的数据。即使如此，大费周章搭建实验室、降温并进行反复计算后的结果也依然缺乏准确性。谷歌表示此次公开的量子线路仅有0.1%的保真度，离一般概念上稳定可靠的计算机还有不小的差距。而且量子计算叠加态的特性，也使其无法完成复制和存储等经典计算机的常见操作，也就不能在当前主流的操作环境中替代后者。有科学家表示，量子计算机进行计算加速，经典计算机来存储数据可能是相当长一段时间内，我们将见到的计算机形态。只有找到行之有效的解决设备运行环境以及保真度等问题的方法，量子计算才有可能从实验室中的贵重物品变身为普及到大众的计算方式，更别说改变我们的生活或是造成危害了。
增速超越摩尔定律
由于这项量子计算机课题由谷歌和NASA（美国国家航空航天局）共同进行，论文最初在NASA官方得以发表。不过有关人员却在之后删除了论文，他们表示论文中的数据和结论还没有经过完整的同行评议过程，不具备发表的条件。一旦论文的权威性得到承认，那么我们可以展望这个世界计算能力爆发的景象。谷歌量子计算负责人Hartmut Neven表示，量子计算机的计算能力将以双指数级增长，也就是经典计算机领域摩尔定律“计算机性能每18个月翻倍”的幂增长。谷歌经历的案例足以说明：去年12月时，普通笔记本就能模拟当时谷歌最好的量子计算机；到了今年1月，得用上性能足够强大的台式电脑；再过了一个月，谷歌就找不到能模拟的物理计算机，只能借助谷歌云服务庞大的服务器集群才能完成。除了谷歌，还有IBM、各大互联网公司以及全球顶级院校的科研人员共同进行着量子计算机的研究，人们离量子计算机可以在不同的应用场景替代传统计算机，实现完全意义上的量子霸权的那一天，越来越近了。不只是破解密码这种“小事”，社会科学、材料研发、机器学习、人工智能等领域都会因量子霸权带来的算力爆发而受益，我们或许会迎来自计算机诞生后又一次信息化变革。至于比计算能力更棘手，现在仍制约设备的续航问题？说不定也能因此迎刃而解。
本文编辑：白徵明
