量子霸權有多恐怖，中美競爭進入生死時速

2020-09-07 O黎浩O

2019年9月20日，科技巨頭谷歌研發的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題，並聲稱是全球首次實現「量子霸權」。

據報導，該報告指出，谷歌研究人員架設出53量子位的量子計算機，並以「懸鈴木」為代號。「懸鈴木」量子計算機所進行的運算，是要證明一個隨機數字生成器符合「隨機」的標準。按報告所指，即使是現存最先進的傳統超級計算機「Summit」，對量子電路的一個實例取樣100萬次，亦需時1萬年處理，但「懸鈴木」僅需200秒便完成運算。


量子霸權之爭進入生死時速

谷歌和美國為何要把量子計算機技術稱作「量子霸權」，因為這個技術的跨度和帶來的改變要遠超越前幾次工業革命和信息革命的改變，在量子技術獲得突破的國家將成百上千倍領先其它國家，牢牢控制住霸主地位，其強大的霸制能力將遠遠超越當年研製原子彈的「曼哈頓計劃」，無異於一次人類文明的重新洗牌。

量子霸權到底有多霸道？為何全球紛紛投入巨資研發？我國處於哪個位置？

當然，對於谷歌宣稱首先獲得量子霸權，IBM是有異議的，中國和歐洲也有不同的看法，何況量子霸權離距離實際的量子計算機尚有很大距離，當前實現量子霸權絕非易事。

我們錯過了兩次工業革命，又在信息革命裡趕了個末班車，這些都還好，落後只是挨打而已。要是在未來的「量子霸權」之爭落後，第二名就是死路一條。

美國前國務卿基辛格：「中國稱雄了世界幾千年，最近200年的不濟只是睡著了，她還會再醒來。」

量子霸權發展的生死時速

2018年3月，谷歌聲稱其72量子比特晶片比傳統機器更快地解決了一個精心挑選的問題。

宣布後不久，阿里巴巴的研究人員宣布他們已經用傳統系統解決了同樣的問題。這種隔空交流強調了世界上最強大的公司競相主導量子霸權的真實性。

包括D-Wave Systems、阿里巴巴、IBM和Rigetti Quantum Computing等公司也推出一種混合傳統和量子計算機的產品。

IBM的Q機器

Rigetti的128量子比特的量子晶片

值得高興的是我國的量子團隊在某些領域已經處於世界領先地位：

  • 2016年8月16日率先發射世界第一個量子試驗衛星「墨子」號，又在全球首先鋪設京滬幹線量子保密通信線路；
  • 2017年5月3日造出了世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機；
  • 2019年12月26日在國際上首次實現了20光子輸入60×60模式幹涉線路的玻色取樣量子計算，逼近實現量子計算研究的重要目標「量子霸權」；
  • 2020年5月11日，利用「墨子號」量子科學實驗衛星，在國際上首次實現量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，為未來構建安全的衛星導航系統奠定了基礎。
  • 2018年9月，國防科技大學吳俊傑團隊與上海交通大學金賢敏合作，在「天河二號」超級計算機上完成了48個光子玻色採樣，如果超過50個光子就超過了當時全球算力最強的「天河二號」傳統計算機，逼近實現量子霸權。

全球首次!中國科大利用&34;實現安全時間傳遞

我國民營企業也紛紛布局量子計算

  • 阿里和中科大聯合發布了量子計算雲平臺，在2018年推出了量子模擬器「太章」；
  • 騰訊在量子AI、藥物研發等領域展開了研究；
  • 百度在2018年成立了量子計算研究所；
  • 華為在2018年發布了HiQ量子云平臺，並在2019年推出「崑崙」量子計算模擬一體機。

量子霸權是什麼

量子霸權，代表量子計算裝置在特定測試案例上表現出超越所有經典計算機的計算能力，實現量子霸權是量子計算發展的重要裡程碑。

傳統的計算機靠的是開關電路，分別代表0和1，利用二進位進行運算，所以算力的提高是通過增加開關的數量來實現的，開關做的越小，算力越強大，呈線性增長。而量子計算機因為有了量子的疊加態，每個量子比特都同時具有0和1以及既是0也是1的一個中間態，這就讓量子計算機的算力有了質的飛躍，每多增加一個量子比特，其算力都是呈指數級增長的，非常恐怖。


量子比特的疊加態


舉例說明：一個250量子比特（由250個原子構成）的存儲器，可能存儲的數達2的250次方,比現在已知的宇宙中全部原子數目還要多。250個原子才多大？需要顯微鏡才能看得到，未來只要在你腦裡植入芝麻粒大的量子晶片，你就可以存儲全宇宙的信息。

量子計算機為何會有制霸的能力

量子強大的計算和存儲能力足以「降維打擊」目前的科技，這裡舉幾個例子，其餘的大家可以舉一反三自己思考。

  • 人工智慧

量子計算機讓人工智慧得以在比人腦還小的晶片內具有遠遠超越人腦的運算和存儲能力，同時量子比特的中間態還可以讓人工智慧具備類似人類情感的判斷能力。

  • 破解任意現有的密碼

用量子搜尋算法攻擊現有密碼體系，經典計算需要1000年的運算量，量子計算機只需小於4分鐘的時間。如果是戰時，交戰國一方的所有金融體系、情報體系、政府體系、指揮控制體系等等都將全部被攻破，不戰自亂。

  • 軍事用途

量子強大的算力讓所有彈道飛彈的突防都成為不可能，高超音速和多機動變軌能力在量子計算機面前就是小兒科，瞬間解算出彈道進行攔截，核武器不再能保證國家安全，就連手槍子彈的彈道都可以瞬間解算進行規避或攔截，子彈的飛行速度遠不及量子計算的速度；量子計算強大的屏障能力和攻擊能力讓對手變得像豆腐一樣不堪一擊，沒有人和國家能在量子霸權面前倖存。

  • 天氣預報和災害預警

有了強大的計算能力做保障，未來的天氣預報可以精確到幾點幾分幾秒下雨，下多久、下多少，雲層的走向和覆蓋面積等等，而地殼運動、板塊漂移等也全部可以預先計算和預警。

  • 虛擬實境和增強現實

未來的虛擬實境將和真實世界傻傻分不清，計算機可以模擬自然界的一切，《黑客帝國》不再是科幻片，你未來的虛擬女友比真實女友還要真實和可愛。

  • 生物和醫學突飛猛進

藥物的開發過程更高效，生物學家們不必再一次次反覆做實驗，量子計算機瞬間就可以得知實驗結果，人類的生物密碼和DNA將被破解，找出或改變其中導致疾病和衰老的核糖核酸加以改進，人類永生和任意改造自己不再是幻想。


量子模擬器可以用來模擬蛋白質摺疊，這是生物化學中最棘手的問題之一


快速量子基因組測序


  • 宇宙的起源和未來

將現有的資訊輸入量子計算機，可以解算出整個宇宙未來的命運，或反向運算破解起源的秘密。

  • 基礎材料物理

可以合成出任何我們想要的材料，以及基礎物理所需的任意龐大計算和試驗。


以上只是幾個簡單的例子，相信大家可以腦補更多的「量子霸權」可以「胡作非為」的場景。


量子技術還有哪些匪夷所思的應用前景

今天只是說了關於量子計算機的量子霸權的應用前景，但量子力學領域能改變未來可遠不止計算機這一種，還有很多匪夷所思的技術可以改變人類的命運：

量子糾纏：光量子雷達，從此再沒有隱身戰機；

光子計數：3D相機，你的立體全息影像（要是有女神的3D影像就好了）；

單個原子：最精確光學計時器量子鍾；

量子糾纏：最安全的瞬時通訊，無視屏障和距離限制，使命必達；

量子意識：精神力層面的文明躍升；

量子糾纏：遠距離瞬間轉移或克隆；

量子真空能：解決人類能源的獲取，從真空中吸取能量，再無能源煩惱。

核聚變：可控核聚變人造小太陽，也能解決能源問題

量子傳感器：可以突破濃霧、牆壁、皮膚、巖石等障礙物直接窺探真相、光、磁場、引力等變化都可探測等等。


量子雷達讓「隱形」戰機不再隱形


這是中美之間的一場殊死較量

量子技術的革命帶來的震撼和改變將遠遠超過前兩次工業革命和信息革命，如果我們在這場競爭中落敗，將成百上千倍的落後對手，這不僅僅是落後幾年的概念，而是一場生死之爭。


全球各主要國家在量子技術研發領域排名情況


好在我國正在大力布局量子技術的研發和應用，除了潘建偉和其它國家級的量子團隊，我國還準備在東部投資大型量子研發生產基地，再加上各種高科技民營企業的加入，鹿死誰手尚未可知。

科學的道路上從來沒有一帆風順，希望大家可以真心支持我國的量子技術發展，不信謠不傳謠，這場競爭事關民族興衰，讓量子的「霸權」也掌握在我們自己手裡一回。

謝謝大家的支持，如果有興趣下一節給大家繼續科普量子如何實現瞬間移動和隱形態傳輸，有興趣的關注。

,，（本文為原創作品，文中部分圖片來自公開網絡，如作者不願在本文刊出請聯繫作者進行刪除）

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