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量子霸权疑云
  新华网 ( 2019-10-31 06:29:39 ) 来源: 《环球》杂志
 

    目前,哪怕从理论上看,“量子霸权”本身是否存在,还远没有一个公认的结论。

谢耘

  谷歌公司日前于美国国家航空航天局的网站上提交的一篇有关量子计算的论文中提到,谷歌研发出一种名为“西克莫”的量子处理器,能够在“大约200秒”的时间内完成一项技术性数学计算任务,而一台“当今最先进的超级计算机大约需要1万年”才能完成这项任务。

  “相对于所有已知的经典算法,这种惊人的速度证明了在计算任务上量子霸权的实现,预示着人们期待已久的计算范式的到来。”研究人员在论文中写道。

  尽管这篇文章很快就被从网上撤下了,但它引发的讨论一直在网络上热度不减。近些年,量子计算这个话题频繁出现在大众媒体与科技资讯圈,似乎成为大国之间竞争的极少数几个最重要的科技制高点之一。

  许多讨论都是在拿量子计算与传统计算机直接做比较。但实际上,量子计算迄今为止仅仅能够做很少的几种特定的计算任务,它目前还不具备传统计算机那样的通用可编程能力。如何让它具备这种能力,在原理上还不可知。

  即使在其能够完成的计算任务上,它是否优于传统计算机,以及这些“计算任务”是否有实际的应用前景,业界也没有定论。IBM研究院院长达里奥·吉尔针对谷歌的这篇文章说:“这一实验和‘霸权’的说法会被几乎所有人误解。量子计算机并不因为一项旨在实施一个非常特定、没有实际应用的量子采样过程的实验室实验,就‘优于’传统计算机。”

  目前,哪怕从理论上看,“量子霸权”本身是否存在,还远没有一个公认的结论。

通信可用性待验证

  “量子”本是一个物理专有名词,即使在物理学界也属于非常“高冷”之列。爱因斯坦与波尔曾就量子物理的本质争论了几十年,也没能达成共识。对量子物理的理解,物理界至今仍没有达成完全的一致。

  “量子”作为一个离大众相当遥远的概念,这些年成为社会热点话题之一,起源是量子通信。

  量子通信出现之后引起了非常多的争论,业内外人士纷纷参与其中。很多人看到这个词,便联想到“高速”“宽带”等通信关键指标,甚至有人以为它是比现在刚刚开始的5G更为先进的通信技术。

  但是量子通信与这些没有任何关系,它只是利用光的量子特性来做通信内容的加密。所以,量子通信是通信技术中加密方法的一种新尝试,并不会提高通信的速度、带宽。

  利用光的量子特性来做通信过程中的数据加密,在科学原理上有一个优势,即绝对不可破解性。现有的其他加密方式,理论上都是可破解的,虽然破解的代价可能极高,以至于现实中无法实现。

  当然,科学原理上的不可破解性,并不等同于技术实现中的绝对安全性。量子加密技术目前的问题在于,它利用的光的量子特性属于微观特性,在宏观环境下非常脆弱。在实际长距离复杂通信条件下,该技术的可用性与实用性还有待验证。

  任何技术要得到实际应用,通常都不仅仅取决于该技术的某一个单项特性,而是需要综合权衡不同的因素。就像一项充电电池技术,即使它效率很高,但是寿命不够长,也没有实用价值。要较为充分地证明自己的实用价值,量子通信还有一段较长的路要走。

神话背后

  在量子通信还在舆论风口之时,信息技术的另外一个领域又出现了“量子”这个词,它就是量子计算。

  信息技术已经在颠覆我们这个世界,而量子计算仿佛要颠覆信息技术本身。不同于量子通信只针对通信技术的一个旁支,量子计算直接针对了计算领域的两个核心指标——计算速度与存储容量,“量子霸权”这个说法由此出现。按照谷歌那篇撤回的论文所讲,它们的处理器与传统计算机相比,不是汽车、飞机与自行车在比,而是火箭与蜗牛在比。谷歌给出的数据甚至不能用“霸权”来形容了,因为传统计算机连“臣服”的资格都没有。

  量子通信还只是名称容易引起误解,业内人士对其的解释尚符合实际情况。量子计算则更进一步,一些业内人士对其的公开解释,就与实际情况有相当的差异。

  追根溯源,“量子计算”的概念始于著名物理学家费曼。费曼于1981年在麻省理工学院做了一个题为《用计算机模拟物理》的演讲,由此引发了人们用量子机制来做计算的探索。但是如果我们认真阅读当年费曼的演讲内容就会发现,他提出的并不是用量子机制来做我们传统计算机所做的“计算”——通用可编程计算,而是设想去模拟人们希望研究的某些物质的量子过程。换句话说,他是设想做专用“量子模拟器”,而不是通用“量子计算机”。这两者之间有重大的本质差异。今天,许多学者在向做量子模拟器这个方向努力,却没有引起舆论的关注,可能因为该话题引发的联想不足以成为社会的热点。

  当然,费曼没有想到的事情不等于不可能。不过,引发热烈讨论的那种量子计算目前确实还处于原理的探索阶段,其原理的成熟度还远不及量子通信。英特尔量子硬件主管吉姆·克拉克对量子计算抱有坚定的信心,但也认为我们只走了马拉松的第一英里。问题在于,在你没有走到离终点足够近时,你根本不知道这场马拉松到底有多远,甚至不知道它是否有终点。

  “量子”近年成为社会热点,有着科技之外的因素。现代科技自上世纪后半叶开始,就与商业越来越紧密地联系在一起了。商业借助科技而繁荣,科技工作也越来越多地受到商业的影响与渗透。或许这是现代社会发展的一个必然,只是人们需要调整自己的思维模式以适应这种变化,对“科技”相关概念在如何被使用的理解上要与时俱进。

  (作者系北洋集团首席科学家、中科院正高级工程师评委会主任)

来源:2019年10月30日出版的《环球》杂志 第22期

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