來源 | 原創
作者 | 告非
據媒體報導，12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機「九章」，求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。
據說，這一突破使我國成為全球第二個實現「量子優越性」的國家。
還有一些媒體聲稱，潘建偉團隊的技術比谷歌團隊技術更牛。因為谷歌的「懸鈴木」系統，只不過實現了54個量子比特，而我們有76個。
所以我們已是全球第一的「量子霸權」。
霍霍，彎道超車哦，厲害得不要不要的！口嗨黨真的自我感覺良好哦！
這個消息無疑是鼓舞人心的。很多粉紅們讀到這樣的報導，不由得心潮澎湃，幻想我們的量子計算機馬上就能壓制「美帝」的「霸權地位」。進而深感祖國的「厲害」。
可是，到底量子計算機有多厲害，今後又能對國家有什麼實際的推動，卻又很少有人能說得清楚。
很多人很在意潘建偉團隊的技術水平在國際上到底是居於什麼層次。
每次都拿來與外國團隊相比，領先了，就特別高興，落後了，就耿耿於懷，但是大可不必如此。
這種現象可謂中國特有。科技愛好者愛好的不是科技，而是在乎到底兩國科技誰更發達。
其實這樣的思想大可不必。有這樣的想法，本身就說明我們的心態比較低位。比較低位的人，才老想著凡事都要跟人比一比，贏了就興高採烈，輸了就垂頭喪氣。
今天本文嘗試用最淺顯的方式，給大家講一講「九章」量子計算機到底是怎麼回事。
首先開宗明義告訴大家，無論我國的量子科學的水平有多高，甚至已有建成投入使用的「量子通信」商用線路，都很難在短時間內，對綜合國力有具體的推動作用。
為什麼這麼說？
世界上很多問題，如果我們能總結出計算方法的話，算出結果要比實踐這個問題再得出結果要快速得多。
假設一個人走路速度為每小時4公裡，那麼走完10公裡需要多久？由於我們掌握了數學的基本思路，掌握了四則運算的法則，那麼很容易算出，走完這10公裡需要2.5個小時。
計算這個結果，對一個成年人來說只需要3秒鐘，對一臺現代的計算機來說可能連1納秒都用不完，比真的走10公裡得出結論，要快得多。
但並不是所有的問題都是這樣。我們換個問題：如果有76個小球，每個小球從10道釘板的上方落下，小球在通過釘子時，有一半概率向左，也有一半概率向右，最後會落入底部1-15號格子。
那麼請問，最後這76個小球，全部掉落完成後，某種特定分布的概率是多大？
比如，第一個球落入5號格子，第二個球落入11號格子....第76個球落入7號格子。得到這樣一個特定排列的概率，是多大？
這個問題不用說，一般人很難馬上計算出來。即使是一個專業的概率學家，恐怕也得用上半個小時，才能把計算方法推演出來。
現在，人類傳統的數學遇到問題了：此類問題，即便推演出計算方法，計算量也極大。
特別典型的就是玻色子問題，也就是本次「九章」量子計算機要解決的這個人類難題。玻色子問題從計算複雜度的角度來看，求解難度非常大，當前經典最優算法隨著光子數的增加求解步數呈指數上漲。
也就是說，當你要計算三個光子時，可能兩分鐘就算出來了，當你要計算6個光子時，便需要半小時，當你要計算9個光子時，可能需要一整天。
當光子的數量穩步提升時，人類驚訝地發現，到76個光子這樣的數量的時候，即便用人類最快的超算，也需要4000萬年，才能算出這一結果。不用說，誰都知道，這樣的問題在更快的超算被發明之前，就是一個誤解難題。
不過，一個問題在計算量上不可解，並不代表它就真的沒辦法解了。
打個比方，如果我問大家，某個爆竹放入某個玻璃瓶子，爆炸時是否將炸裂瓶子？
這問題如果要用計算機來計算的話，編程者要考慮炸藥的威力，是否潮溼，裝藥量，火藥爆炸威力的計算模型，還要考慮玻璃瓶子的質地、形狀、厚度等。可費勁了。一個像樣的數學模型，沒有半個月搞不出來，更別提計算了。
但如果我們真的拿一個爆竹放到玻璃瓶子裡炸一下，不就馬上可以知道結果了嗎？
如果不放心，我們大可以買一串鞭炮，一百個玻璃瓶子，進行100次試驗來得到一個靠譜的結論。為此，就算花上幾百塊錢，也比半個月的時間成本低得多。
同樣的，用超算計算76個玻色子取樣概率雖然要4000萬年，但真將76個玻色子發射出去，在一套精密設計的自動化光學設備上可能只需要幾毫秒。
如果我們重複這個實驗一千次、一萬次、十萬次，那也花不了多少時間。
我們將多次重複實驗的結果全部記錄下來，用經典計算機整理成表格，不就馬上可以知道各種排列組合出現的具體概率了嗎？
雖然這個表格比較長，但對現代的經典計算機來說，那也只不過多翻幾次頁而已。
這比用超算來計算，要快得多了。
潘建偉團隊的「九章」量子計算機，其實幹的就是這麼一件事：200秒內，將玻色子實驗重複了足夠多的次數，得到了最終概率分布曲線圖。
所以，「九章」其實是一種特定的計算模擬裝置。與經典計算機不同，它不能用來解決其他問題，甚至不能用來解決其他數學計算問題。
簡單地說，雖然「九章」解決玻色子問題顯得那麼乾脆利落，但你如果想用它算個1+1=？對不起，它計算不了。
它本身就是無數光路通道組成的一個大迷宮，它只能完成光子的發射、折射和狀態記錄，除此之外任何事它都幹不了。
它非常不「智能」。這樣的裝置，其實很難被稱為「計算機」，因為它是不可編程的，本質上它還是一個模擬裝置，而沒有真正的計算。
而美國谷歌團隊的Sycamore（懸鈴木）系統，雖然只有54個量子比特，但它是可編程的，可以用來解決一些其他典型的數學計算，但也有很大的局限性，仍不能用來解決通用問題，比如1+1=？他也計算不了。
如果這時需要採用量子計算機解決一個新的算法問題，怎麼辦？
潘建偉團隊可能需要用幾個月的時間，重新搭一條線路，而谷歌團隊只需要花幾天時間重新調整參數，用他們的話說，就是編程就可以實現了。
由此可見，人類目前在量子計算機領域的水平，雖然中美你追我趕，但其實都還在非常初級的階段，遠遠不到能夠投入實際使用，推動國家發展的層面。
當然，幸運的是，畢竟我們人類已經在材料、光學、低溫等領域取得了長足的進步，量子計算機已經被證實是可以實現的，將來必將如初生的嬰兒般，前途遠大。
所以，我們也就知道了，現階段，真沒必要特別在意中美兩國誰的量子計算機水平更高。
打個形象的比方：兩個學生比學習成績，有時候這個成績好，有時候那個成績好，甚至有個學生在某門科目上長期領先，這固然值得高興，但這兩個學生都僅在小學一年級而已。
未來他們的能力誰高誰低，還不知道。至於誰又能對人類做出更大的推動，還遠沒到下結論的時候。
很多粉紅還依然相信，量子計算領域中美打得有來有回，但在量子通信領域我們是獨佔鰲頭，因為美國沒有對應的技術。
現實很殘酷，量子計算領域，雖然我們也有一些水平很高的團隊，但總體態勢是，全球入榜企業前六名都被美國公司的佔據，而來自中國的量子計算公司本源量子以77項專利排名第七。
美國公司在排行榜單中佔比高達43%，中國公司僅佔比12%。雖然國內巨頭阿里巴巴、騰訊、百度和華為等都在布局量子計算，技術上仍然處於起步階段。
量子通信方面，並沒有真正實現基於電子糾纏的遠距離信息傳送，而只是實現了量子秘鑰分發。
雖然我們已有投入實際使用的商業線路，但「成碼率低」、「無法與傳統網際網路兼容接入」、「中繼站過多影響整體安全性」這三個問題卻始終解決不了，也不可能解決，因為這是基於技術原理而來的先天缺陷，下次我們可以詳細介紹下這方面。
綜上，粉紅們大可不必過高度量我國在量子方面的技術進步。
假以時日，這些科技確實能造福人類，但科研的問題還是要回歸到科研，不要盲目地把這些東西跟虛榮心結合起來。
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