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量子計算遠沒到可收割的時候
袁嵐峰
http://www.workercn.cn2017-11-05來源: 環球時報
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  隨著量子資訊科技的發展,公眾對這個領域的關注與日俱增。近來更有網路文章認為:“量子計算機+人工智慧,將不斷迭代出更高級的量子計算機+人工智慧”,“很可能,在不遠的將來,人類在量子計算機+人工智慧面前,就可能像螞蟻面對人類一樣無力和脆弱。”

  如何看待這類文章?正確的態度是:量子計算確實很重要,但在引申它的意義之前,應該先搞清楚它是什麼,以及不是什麼。

  在傳統的資訊科學中,基本單元叫做“比特”,即一個體系有且僅有兩個狀態。我們現在用的計算機、手機等等,內部都是大量的比特,即大量的兩狀態系統。而在量子力學中,有一條原理叫做“疊加原理”,它說的是:如果有兩個狀態是一個體系可以處於的狀態,那麼這兩個狀態的任意“線性疊加”也是這個體系可以處於的狀態,這樣的體系稱為“量子比特”。兩個狀態的線性疊加有無窮多個,因此一個量子比特就是一個有無窮多個狀態的體系。打個比方,傳統的比特相當於“開關”,只有開和關兩個狀態,而量子比特相當於“旋鈕”,是連續可調的,有無窮多個狀態。顯然,旋鈕包含的資訊量比開關大得多。用這樣的量子比特組合成量子計算機,它肯定可以做到所有的傳統計算機能做到的事,還有可能做到一些傳統的計算機做不到的事。這些傳統計算機做不到的事,就是量子計算機的價值所在。

  目前大家認為的量子計算機做到的超過傳統計算機的事,都是在實踐意義上,即傳統計算機沒有發現快速的演算法,而量子計算機發現了。

  但是,但是,對這些問題將來會不會發現快速的傳統演算法?誰也不知道。所以,這類成果的數學基礎還不夠牢靠。

  在這些前提下,我們可以明白一個要點:量子計算機也是需要演算法的,而演算法與問題有關。因此,量子計算機並不是對什麼問題都比傳統計算機快,而是只對一些特定的問題比傳統計算機快。對特定的問題設計出快速的量子演算法,是一件非常需要創造力的事,發明出這些演算法的科學家都受到了很高的崇敬。

  因數分解是量子計算機威力的一個最顯著的例子。不過,目前這隻在理論層面成立。迄今為止在實驗上用量子演算法分解的最大的數是一個六位數,291,311 = 523×557,是由中國科學技術大學的杜江峰院士和彭新華教授等人在2017年實現的。這離分解上千位的數,還有很遠的距離。

  而網文中提到的50個量子比特的量子計算機等等,都是很好的學術成果,但這些離解決文中提到的金融、汽車、半導體、化工等行業的實際問題還差得很遠。奇點云云,更是純屬腦洞。

  不過,這是不是說量子計算不值得重視,甚至是個騙局呢?當然不是。

  我們重視量子計算,是因為它的潛力,而不是它的現狀。它確實有革命性的潛力,只是還需要艱苦的努力,絕不是一蹴而就的,更不是已經處在商業盈利的邊緣,等著大家一哄而上。

  關於量子計算的遠景,我覺得比爾·蓋茨的格言很有啟發性:“我們總是高估未來兩年的變化,而低估未來十年的變化。”

  如果你問我:量子計算屬於一種爆炸式科技進步嗎?會持續不斷加速度爆炸嗎?

  回答是:它如果成功了,即造出了超越傳統計算機的量子計算機,效果就是爆炸式的。但在當前的技術條件下,我們不知道它什麼時間能成功,甚至不知道能不能成功。這跟社交媒體、網購等產業不一樣,那些是原理早已清晰了,一切技術條件都可以實現,所以一定會爆炸式發展。而量子計算,還遠遠不到收割的時候。

  因此,我建議大家對量子計算採取這樣的態度:積極關注;冷靜分析;以及作為基礎的,認真學習。(作者是中國科學技術大學化學博士,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員,科技與戰略風雲學會會長)

 

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