這學期在上量信導論，也在讀《Quantum Computation and Quantum Information》這本書。正好借著老潘最新成果發表的機會討論一下相關話題。
http://www.hfnl.ustc.edu.cn/detail?id=17467
起床後日常刷USTC主頁時看到這個消息，心裡其實沒有太多波動，畢竟有這個成果雖然算是好事，但也不會引起什麼太大的變化，之後看到這個消息上了熱搜還有點意外。一上知乎，看到一群人在尬吹，什麼幼兒教育、少兒編程、心理學優秀答主也來湊熱鬧順便打廣告，我就不是很爽，寫了一小段回答潑了點溫水，雖然也是一貫地沒人看……
應該說這個成果算是量子技術的進步，但對我們未來真正造出有意義的通用量子計算機幫助不大，畢竟離子阱和超導體系才是被普遍認為（俺也一樣）有較大潛力的候選者，而基於光量子的體系一般認為主要在量子信息處理、量子通信這些領域比較擅長。且高斯-玻色採樣這個問題，在我淺薄的學識和所查資料裡，就是一個為量子計算機量身打造，沒有什麼太多現實意義的（包括在量子信息領域）問題。通過這個問題無可爭辯地證明了量子計算機在某些領域具有量子優越性，當然是好事，但也沒必要太過激動。還有人開始擔心比特幣是不是不能炒了（不過漲了快兩個月了確實不太能炒了），哈希值是不是會被量子計算機算出來了，都大可不必。
其實我很建議對量子技術非常樂觀且感興趣的初學者來看看這本書的最開頭一部分，作者用非常鼓勵的語氣，澄清了很多關於量子技術的誤解和盲目樂觀，和我日常表達的觀點基本重合……看完之後深覺自己潑冷水的時候太狠了，原來勸退也可以很溫柔。
量子計算，應該說最開始的動機是因為對於量子比特的表徵需要的數據量是經典比特的很多倍。一個經典比特只能是0或1，而一個量子比特一般需要兩個實數來表示。且對於N個量子比特的完全描述，一般需要2^N * 2^N的矩陣。比如20個量子比特的量子體系，大概就需要1000000*1000000的矩陣來記錄和演算，也就是PB級別的數據量。那麼與其動用這麼多資源去研究這些量子體系，我們不如直接在實驗室裡造出N個可控的量子比特，直接對它們施加感興趣的的哈密頓量並觀察實驗結果，也就是所謂的量子模擬。
書上有一句話非常有趣——We believe that just as we have learned to think physically about computation, we can also learn to think computationally about physics——物理地思考計算，計算地思考物理。應該說正是對量子計算的研究，打通了計算科學與物理的隔閡，乃至有人走火入魔覺得地球就是外星人造的大計算機。
當然後來因為物理學家實在太多（誤），我們發現量子計算機也可以解決一些經典世界的問題，比如（雖然這個例子都舉爛了但也沒辦法畢竟截至目前沒找到別的了）大質因數的分解，且它正好戳中了目前主流加密方式的命門；加上量子通信技術等等也似乎比較有趣，這個話題就越來越火。
歷史上，我們先是對於某些很特殊的問題，找到了一個量子計算機可以輕鬆解決的算法，而經典計算機不能。所以我們開始確信，量子計算機的能力是比經典計算機大的。但光這麼說沒有用，我們得切實找到一個有意義的問題，並找到相應的量子算法。不幸的是，目前唯一找到的，就是大質因數分解（另一個量子搜索的算法，需要整個信息系統都量子化，而這個的實現難度甚至遠大於造出一個實用的量子計算機。畢竟如果信息系統很小，這個算法也沒用）。
假如確實找不到別的量子算法了，我們還有一個希望，就是把其它經典計算機計算困難的問題劃歸到我們已經用量子算法解決的問題上去。比如如果可以證明大數質因數分解是所謂的NP-complete問題，那就至少可以階段性地喜大普奔。不過目前這方面也沒有太多的成果。
所以，就算量子計算機造出來了，沒有好的量子算法，用途也大概率被限制在做量子模擬之類的物理應用上（不忘初心）。而量子計算機本身同樣是很難造的。
我們並不是把N個量子比特放在一個箱子裡就造好了量子計算機，核心問題是對它們施加糾纏。我們最希望的情況是對於任意兩個量子比特都能做雙bit門（類似經典計算機），或者可以模擬任意的哈密頓量。這就需要量子比特之間，有著非常豐富的、物理的相互作用，來讓我們加以利用，進行操縱，形成糾纏。這也是光量子這個體系，相比於離子阱和超導體系的弱勢所在。而離子阱目前的問題就是規模化和保真度不可並存；超導體系規模化倒是相對沒有那麼不可觸及，但量子比特存活時間過短（納秒級別）。總之都比較讓人頭大。
綜上，量子計算實際上是兩條腿走路——量子算法的研究和造出更好的量子計算機。前者，包括所謂對量子優越性的證明，基本算是純粹計算科學的話題；後者則主要是物理學家的事情。而這兩者在某個天才突然靈機一動之前似乎都不太能取得重大突破。
退一步來說，只要沒有新的量子算法出現，就算某一天天上掉下來一臺人類夢想中的量子計算機，也不會出現太可怕的事情。除了加密方法得大改之外，普通人類生活不會發生什麼變化。如果有人發了篇science發現了有實際意義的新算法，那倒是可以緊張一下。
此外聊一點私貨。這個技術火起來並不是什麼問題，我國花多少力量去發展一個難得處於領先位置、看起來比較國之重器的技術也不是我該評判的。但這麼多的頂尖大學和實驗室都去追逐這項技術，肥的是雷射供應商和光學儀器製造商（如Thorlabs）等等的腰包。而國內的儀器在大多數時候確實是次一等的選擇，無論原因是品控、售後還是網站美觀度。這就導致很多科研經費沒有如毛教員所言從左褲兜流向右褲兜（or 「內循環」），而是流向了米國。我們要想成為真正的科研大國，靠著純科研領域單騎突進是一定不行的。現實的發展當然是朝著可喜的方向，但同志仍需努力。
另：總有人問我老潘的量子衛星是不是騙人的，哪天也可以寫寫量子通信的事情。
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