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刘兴亮 | 谷歌「量子霸权」问世,影响极大细思极恐

2019-10-08 14:33 来源:北京四中呼和浩特市分校 浏览:

两年前,我在《从区块链比特币看技术乌托邦》一文中谈到,悬在当前的区块链加密算法的头上有一把「达摩克里斯之剑」,它就是量子计算。

当时很多人不太以为然,因为量子计算并不广为人知。即使知道量子计算的,估计很多人对于量子计算并不太看好,觉得很遥远,根本不是一时半会儿的事。

这两天,一则关于谷歌「量子霸权」的新闻传遍了科技圈,刷新了我们对于量子计算的认识。

据多家外媒报道,谷歌的一份研究报告显示,他们已经实现了「量子霸权」:全球最大的传统超级计算机Summit要用1万年解决的问题,其量子计算机在3分20秒内就能算出。

谷歌一度将相关论文上传至NASA官网上,但随后不久,该论文被删除。

网上经常有一种说法:删得越快,事情越大。谷歌的「量子霸权」的研究报告用在此处非常贴切。

200秒算出当今最牛的超计算机1万年才算出的结果,让人不禁想到西游记里曾经说道的「天上一天人间一年」,这就是差距啊。

这件事情非同小可,已经有不少网友担心起银行卡来,还有人说「银行卡要颤抖了」。

因为,首先影响到的就是现在的密码算法,所谓256位加密,1024位加密,2048位加密,都是建立在当前那些计算能力低于最大的超级计算机Summit的基础上的,在这个基础上,破解密码的计算时间非常长,长到到破解出密码的时候,密码已经没有价值。

但是,如果能达到谷歌的这个报告里的计算能力,Summit需要一万年计算出的结果,200秒就能搞定,那么破解当今的密码,也就是分分钟钟的事。

想想还真有点可怕。

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虽然,有量子计算领域的专业人士指出:谷歌的量子计算机只能解决特定的问题,不具有通用的计算能力。但是,在我看来,科技固然需要用质疑的眼光去打量,但是也不可因为质疑而抹杀科技的巨大进步。谷歌的「量子霸权」也是量子计算领域的一个重大的突破。

传统的计算机理论模型是图灵机,硬件体系结构都是基于冯·诺依曼体系结构进行演化的。随后出现的各种新的体系结构比如集群/网格,包括现在流行的虚拟化,云计算,还有各种超级计算机,都建立在冯·诺依曼体系结构之上的。

虽然,在摩尔定律的无形之手的推动下,计算能力发展超乎我们的想象,但是,最近几年,我们越来越发现,摩尔定律越来越不准了,甚至有人提出了摩尔定律失效的论调。

这反映了一个我们不得不承认的事实:传统的计算机离极限越来越近了,如果继续沿着这条路走下去,计算能力很快就要达到终点。

正是在这种背景之下,量子计算的优势逐渐显现出来。量子计算突破了传统计算机的硬件的体系结构,同时也有自己独特的软件系统。量子位(qubit)是量子计算的理论基石。

在常规计算机中,信息单元用二进制的 1 个位来表示,它不是处于「 0 」态就是处于「 1 」态。在二进制量子计算机中,信息单元称为量子位,它除了处于「 0 」态或「 1 」态外,还可处于叠加态,那么传统的一个bit位只能表示一个值,但是一个量子位可以同时表示多个值,因此它突破了传统计算机的局限,相同的时间内可以做更多的计算,从而使得计算能力大大的提升。

刘兴亮 | 谷歌「量子霸权」问世,影响极大细思极恐

所谓「量子霸权」,并不同于外交军事上的「霸权」,它是指量子计算拥有的超越所有经典计算机的计算能力。

所以,量子计算机是计算机发展史上的新物种,是人类科技发展史上的一个革命性的创新。

它的出现,将对于世界产生颠覆性的影响。

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关于谷歌的量子霸权,且来让我亮三点:

左一点:它是量子计算的里程碑。

量子计算从最初上世纪八十年代初提出,最初只是一些理论研究,直到2011年,全球第一款商用型量子计算机「D-Wave One」才发布。和传统计算机相比,速度还是比较缓慢的,主要是技术的难度更大,也因为很多人和公司短期看不到希望而不敢或者不愿涉足于量子计算的研究。

谷歌的「量子霸权」开创了一个巨大的里程碑,它取得阶段性成果无疑是一剂强心剂,提振了整个行业的信心。它如同一个标杆,让同行看到了希望,相信不久之后,一些研究者都会提出「赶超谷歌」的目标。

从事前沿科技的研究是一条艰难的道路,在这条道路,需要像谷歌这样的领先者在前面振臂高呼。它的革命性的突破同时也会引起外界更多的关注,让量子计算更为普及,吸引更多的资本和人力投入到量子计算的研究中来。

右一点:除了密码学,它还将改变更多的领域。

由于计算能力的数10万倍的提升,当前的科学计算有关的化学,材料科学,制药等都会发生革命性的变化。它将极大的缩短新材料,新药的研发周期。它对于如今正火的人工智能和机器学习的改变更是革命性的。

当前一些研究者为了提升算法性能挖空了心思,不断的优化优化再优化。这些算法在量子计算前将完全不需要。计算能力的巨大提升使得机器学习,深度学习的速度更快,学习能力更强,这使得AI更加强大,能处理更复杂的计算,应用到更复杂的场景中。它还将改变金融业。

谷歌的「量子霸权」的消息传出以后,据说对冲基金行业已经在欢呼,因为它们就是通过计算机的超级计算能力在金融市场上呼风唤雨的。除此之外,整个银行业的安全系统也面临着新的考验。

下一点:谷歌的「量子霸权」,提醒我国在量子计算领域需要加大投入。

虽然,谷歌的「量子霸权」离真正的普遍适用的量子计算还不小的差距,但是毕竟它已经遥遥领先了。

事实上,在美国,除了谷歌之外,因特尔,微软,IBM这些巨头都加入到量子计算的竞争中。英特尔与其他厂商合作推出了首款量子低温晶圆探针,它可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的测试过程。微软在大力推广和量子计算有关的Q#语言,它的目标是开发一种通用的量子计算机。而IBM的53量子比特的量子计算机将于10月上线。而谷歌的量子计算机已经达到了72量子比特。

在我国,虽然理论上有了一些研究成功,技术实现方面中科大和华为都推出了量子计算模拟器,但是和这些巨头相比,显然还是有差距的。

 
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