圖靈獎獲得者姚期智：量子計算機只差“最后一公里”

宋辰

量子計算機到底牛在哪？何時會出現？量子計算與AI結合將產生怎樣的想象空間？

RSA算法是現在常用的加密算法，大家認為這是一個高度安全的密碼系統，但是如果有了量子計算機，科學家發現，RSA將變得不安全。

如果用400位數的整數來做一個RSA密鑰，用現在最大的、最好的超級計算機，需要60萬年才能夠破解。但是如果將來有了一臺量子計算機，有相當的儲存功能的話，3個小時就可以破解。而3個小時還是最保守的估計。

這個震驚了世界學術界的量子計算到底是什么樣的計算原理？它和經典的計算機有何不同？它為什么會這么快？量子計算機什么時候會出現？量子計算與AI可以產生怎樣的新的想象空間？

在11月5日的騰訊WE大會上，中國科學院院士、量子計算專家、圖靈獎獲得者姚期智一一作答。

楊子見歧路而“不”哭

在傳統計算機里，會面臨著“楊子見歧路而哭之”的問題。

《淮南子》里的這個故事，講的是楊朱看到有一只羊走失了就去尋找，走到了分叉的地方，他不知道羊在哪一條路上，這個時候他不能夠決定，覺得很悲傷。

看起來唯一的方法就是楊朱必須先去走一條路，然后再走另外一條路。這與傳統計算機面臨著同樣的問題——我們想要找一個答案，常常要搜索好幾個不同的方向，來看到底哪一個方向才能夠給出一個答案。

如果楊子是孫悟空的話，這個問題就好解決了。因為只要在頭上拔幾根毛，變出很多個小孫悟空，每個人都走不同的路。這樣，大家可以同時搜索，搜索的時間就短了，一個難的問題就變得容易了。

量子計算機依賴出現在自然界的量子力學現象，也就是物質的兩種重要狀態——疊加（superposition）和糾纏（entanglement），物質的這些狀態被用于計算時，有望提升對復雜數據集執行計算的能力。

傳統計算機是依賴晶體管的二進制數字電子計算機。不同于傳統計算機里晶體管可在0或1兩種狀態之間切換來實現計算信息，量子計算機并不使用晶體管（或經典比特），而是使用量子比特（Qubit）。

在量子世界里，這些最微小的粒子本身就具有孫悟空一樣的能力。“所以，這是一個非常神奇的事情，在這種最微小的量子世界里面，一個小孫悟空可以一下子變成兩個孫悟空，有一半的他走一條路，另外一半走另外一條路。”姚期智說，“換句話說，就是達到了平行計算，基本上等于有無限多個能夠運作的計算。”

量子計算都可以做什么？

如果有了量子計算機就可以解量子方程式，很多物理、化學、生物上的問題都能夠得到解決。

“經過這20多年的努力，科學家已經了解到什么樣的材料是最適合做量子計算機的，而且知道這個藍圖是什么樣的，但它還是一個非常難的實踐過程。”姚期智表示，量子計算機的“最后一公里”是一個非常艱難的過程，“在量子計算機里面‘糾錯是一個非常難的問題，我們現在進到了最后一里路，但這也是非常長的一段路程。”

在量子計算機里面，還有個重要的事情是要做記憶。姚期智解釋道，存儲量和存儲時間是“做記憶”的兩件重要事情。“我們最近已經實現在原子上面做出225個記憶體，存儲量比以前增加了10倍。通過把原子用電離的方式做成變成離子，然后用鐳射固定、冷卻，同時操縱它，已經能夠做出一個存儲很久的量子存儲。”

對于最令人興奮的未來，姚期智表示：“如果能夠把量子計算和AI結合，我們能做出連大自然都沒有想到的事情。”endprint