虎嗅Pro注：量子计算，是目前前沿科技界别里其中一个最艰黠难懂的研究。但早前中共中央政治局就量子科技研究和应用前景，举行第二十四次集体学习，更由中共中央总书记习近平，主持了此次的集体学习，发表了一系列讲话。
习近平书记表示：“当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新是其中一个关键变量。我们要于危机中育先机、于变局中开新局，必须向科技创新要答案。要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。”
量子科技，一跃而成了国家未来战略，但也由于量子科技实在太深奥，不是不少前沿科技赛道的投资者，仍然觉得这板块难以入手。今日把这旧文翻出，再供大家思考一番。
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量子力学 (Quantum Mechanics)，是今天最难理解、但又最酷炫的的科学理论之一。著名物理学家理查德·菲利普斯·费曼 (Richard Phillips Feynman) 曾经这样说：
如果你觉得你理解量子力学，那代表你其实不理解量子力学。
也由于能“拯救世界”的量子力学如此高大上又晦涩难解，从量子力学引伸出来的量子计算，一样成为了近年电脑世界的神话。“量子比特”、“量子霸权”等术语满天飞，让很多人把量子计算视作无所不能。但说到底：量子计算，与你何干？
Odin 尝试跳过一堆复杂的理论，和大家简单解释一下，量子计算会对我们生活可能带来的影响，以及大家应该如何准备面对量子计算的世纪。
未来，仍然未来
如果你不是科学家、不是政府或企业的决策人员，量子计算目前与你没啥关系。何出此言？这是因为量子计算，目前仍然在研究阶段。
量子力学的研究，早在1920 年代就已开始，而量子计算的概念，早就在 1969 年代就已经提出，但到目前为止，无论是量子力学或是量子计算机，仍然处于各种争论中迂回前进。试想想连物理学巨擘爱恩斯坦，也无法完全接受量子力学，更何况是基于量子力学的量子计算，难免受到质疑。
量子计算机（绿线）相比传统电脑（红线）的优势。图片来源：Amit Ray。
早阵子吵得火热的所谓“量子霸权” (Quantum Supremacy) 事件，就是最佳例子。媒体早前报道 Google 和 IBM 在量子“霸权”上争论不休，好像两家科技头正在为此争个你死我活，使不少人还以为量子计算机，真的发展得如火如荼。但实际上，学者指“量子霸权”这词语并不恰当，更倾向于采用“量子优越性” (Quantum Advantage) 来形容 Google 所干的事。
量子计算不是“霸权”，那又是什么？
虽然，我们知道量子计算机很好很强大，但也仅仅在理论层面上知道而已，科学家一直无法从实验里证明量子计算机，比起我们现在用的传统电脑要好。而 Google 所做的“量子优越性”，其实仅仅是通过实验证明：量子计算比起传统电脑更为优胜。
量子计算机的优越性，还只是刚被证实而已，目前基本上无法实际应用，更遑论是商用、甚至说是普及化了。Google 自己也很清楚这个情况，所以他们的首席执行官 Sundar Pichai 接受采访时就表示，就把量子霸权比喻作莱特兄弟研发出第一台只能飞 12 秒的原型飞机，暗示 Google 自己也知道所谓的“量子霸权”，仅仅展示了量子计算在未来的可能性，但目前仍然没有实用性。
D-Wave 推出的商用化的量子计算机芯片。图片来源：维基百科。
尽管在 2011 年，美国的 D-Wave 公司曾号称推出了全球第一台商用的量子计算机，但这台计算机是否能被视为视为量子计算机，仍然备受争议。
说到底，量子计算是否比传统电脑更好，还要等到 2019 年才能被证明。要像复仇者联盟一样，通过量子“拯救世界”？还有很长远的路。
好了，现在虽然与我们无关，但未来呢？
量子计算的真正优势
想知道未来量子计算会如何影响我们生活，首先我们要知道量子计算的特性。也许大家都会通过网络信息，略懂量子比特 (qubit) 是什么：它是在一般二进制的 0 与 1 两种信息以外，再加上一个 0 和 1 同时存在的“叠加态”blahblahblah......无论你是否理解上述概念的都不重要，这方面可以留给科学家继续研究－－还记得 Odin 在文初引述费曼的说法：“理解，即是不理解“嘛。
可是，很多人一直误以为“量子计算机”，就是一台很快很快很快的超级电脑，它有很高速的计算能力，能在很短很短时间内，处理很很很复杂的算法。可是，这种说法并不全对。
为什么量子计算会比传统电脑更快？与其说它的“计算速度快”，更正确的说法是量子比特的这种叠加特性，让它能“同时计算更多的数据”。
序列计算（左）和并行计算（左）示意图。图片来源：IT Release。
传统电脑多采用序列算法（上图右），在计算数据时会按一定的先后次序计算。举例说：现在你在店子里点了西红柿炒蛋饭，但店子里只有一个厨子，这厨子必须按次序先处理西红柿、再炒蛋，然后再炒米饭，假设每个工序要 5 分钟，你要等上 15 分钟，才能吃上香喷喷的西红柿炒蛋饭。
在多核心处理器开始流行后，传统电脑开始流行“并行计算” （上图右），利用多个处理核心，在同一时间计算不同数据。想像一下：现在这店子多招了厨子，现在三个厨子，一个处理西红柿、一个炒鸡蛋、一个炒饭、同时一起煮。这样你仅需要 5 分钟，就能吃上饭了。
量子计算示意图。图片来源：Semantic Scholar。
但量子计算机呢？由于量子比特的叠加特性，它能让一个计算单元、在一次计算里同时处理多组数据，所以能提供高效的并行计算操作（上图右上）。想像一下，现在那家店子不再独立买菜来煮，直接买了一份材料齐备的“西红柿炒蛋饭”餐包，然后把餐包直接下锅：现在他们就只需一个厨子、煮上五分钟左右，就能上菜了。
为什么仍然用不上？
可见，量子计算不止快速，而且高效。但目前大部份任务，都不能通过量子计算提速。
量子计算善长的仅仅是并行计算领域，但不是任何计算的步骤，都能分拆成并行方式处理，就如你可以把西红柿炒蛋饭，分拆成西红柿／炒蛋／炒饭来处理，但你总不可能一边猛火炒西红柿、同时又一边用冷水把洗西红柿洗净。而且，即使已行之有效的并行计算算法，也不能直接套在量子计算机上，所以，目前科学家为了还在努力量子力学特性，重写基础算法，更遑论能大规模商用。
Google 使用的量子计算机。图片来源：Google。
除此之外，量子计算需要通过体积极小的量子作为计算单元，所以控制和测量量子的硬件，需要到的技术水平和精密程度，和传统电脑根本不在同一等级，就连计算机本身都在研究阶段，更不要说量产给一般人使用了。
但即使是专门的研究机构，在进行量子计算经常遇到极大困难。
量子体量极小，所以很容易受到外界的任何极极极极度微小杂讯所影响（例如空气流动、温度和湿度的变化），研究人员必须要在极度接近绝对零度（-273.15 摄氏度）的环境，让计算环境里的原子几乎都停止运动，才能减少环境干扰。以 Google 实现量子优越性的量子计算机 Sycamore 为例，他们就必须在在大约 -273.13 摄氏度下，进行相关实验。
所以，目前的量子计算机不是一般的码农能使用，必须让专门的科研人员来操作。
目前量子计算（黑点）仍然受精度问题困扰。图片来源：Enterprise AI。
但尽管以专门的科研，量子计算的结果仍然经常受干扰。科学家目前只能通过多次计算，把多重结果通过算法来纠错，但无论计算速度再快，短期内在精度上仍然难及传统电脑。
开发者已经提早准备
虽然量子计算的门槛极高，而且目前还远远叫不上能实际使用，但这代表量子计算与你无关吗？不是的。量子计算和你的距离，没你想像中的远。
随着网络提速，云计算 (Cloud Computing) 已经日渐普及。今天我们在网上使用的各种服务，背后有不少应用是通过在云端的超级电脑，代替我们的终端电脑在计算。目前 Google、Amazon、阿里巴巴等公司，一直都有提供高性能云计算服务。所以，即使量子计算机门槛再高也好，作为开发者的你，仍然可以通过云计算方式，接触量子计算。
在量子云计算平台上，你可以参与量子计算机的逻辑闸开发。图片来源：IBM。
虽然目前量子计算仍然在研发阶段，但不少参与其中的公司，已经开放量子云计算的平台，让开发者参与其中，例如在量子霸权事件里，与 Google 打对台的 IBM 公司，就通过开放了自家的量子云平台：有兴趣的学者可以独立参与量子计算机的研究和测试，一般开发者可以尝试以量子计算方式来编程，熟悉一下相关的运作。
早前，美国的 Amazon 和中国的阿里云，也开放了量子云平台，估计 Google 未来也很可能会开放自家的平台。如果你是个程序员，即时没机会、甚至是没办法使用量子计算机，但一样能提早接触量子计算，及早准备。
不要以为与你无关
如果你不是开发者，仅仅是一个普通用户，量子计算又会对你带来什么影响？虽然量子计算仍然未能实际商用，但科学家对它有很大的期待，并预计它会对化学、医学等专门的科学研究，带来不少帮助，并促进相关的医药和材料学发展，改变我们的生活。
可是，量子计算对人类的最快速、最直接的冲击，很可能在于大数据和人工智能。随着智能手机普及化，大数据和人工智能技术早就以云计算形式，深入一般消费者的领域。所以，即使未来量子计算机的门槛仍然很高，但它仍然可以强大的计算能力，取代原有的云端伺服器，成为未来大数据和人工智能背后全新的“超级电脑”。
要知道大数据技术，其实是通过算法，从庞大的数据库找到人类行为的特定规律。但传统电脑要计算这些数量庞大、互相无关、完全独立、但又的数据时，不得不把这些数据一个一个的反复进行分析和验证，效率特底。可是，量子计算偏偏就善于在短时间内计算海量的数据，所以它会比比传统电脑更快、更高效地处理大数据分析。
人工智能的神经网络，本身就是大量独立的小任务，适合通过并行计算处理。图片来源：Manning Free Content Center。
而人工智能同样也是量子计算的强项。想让人工智能更聪明，就必须投入大量数据进行训练，人工智能常用的神经网络算法，很多时也是大量零散而独立的小型任务（上图）。但目前人工智能仍然受制于算力不足，只能针对特定场景来执行。但如果未来有了量子计算机的辅助呢？能同一时间进行大量并行计算的量子计算。很可能在未来促使真正的“强人工智能”出现。
当人工智通过量子计算能变得极度聪明，又同时通过大数据撑握了一切数据，
会不会变成“终结者”(Terminator) 里的“天网” (Skynet)？图片来源：Esetge。
此外，大数据和人工智能技术，很依赖统计算法，通过概率求出最适行动，所以比起化学和医疗等专门科学来说，对精度的要求更低。故此，把量子计算机在大数据和人工智能等技术上使用，精确度不足所带来的影响相对更低。
不过，大数据和人工智能技术同样也是极具争议性的技术。愈来愈强的大数据分析，威胁我们的隐私，愈来愈强的人工智能，也可能使“终结者”、“骇客任务”等科幻电影里的噩梦成真。 如果说大数据和人工智能会为未来人类带来严重恶果的话，量子计算很可能就是打开这潘朵拉之箱的钥匙。
即使量子计算还远远尚未能实用化，但所以就算你不是开发者，也不要以为这与你无关。人类的未来，可能就决定在这小小的量子世界里。
我的电脑还安全吗？
量子计算除了会影响人类的发展，也会直接影响到电脑世界的安全。
在电脑普及化后，电脑的安全性是一个广受忽略、但不容轻视的问题。电脑黑客可以通过技术手段，窥探你的所有隐私行为，盗用你在银行账户的存款。假若你完全不用电脑，也不要以为这与你无关，黑客也可以骇进金融系统，导致金融混乱，或是盗入国防系统，引起世界大战－－而这一切并没有发生，是因为我们有各种电脑技术手段，保障我们的电脑不会被误用、个人隐私不会被泄露。
加密算法采用的质因数分解，需要进行大量简单而零碎的计算。你的密码愈长，计算耗时愈长。图片来源：Soft Schools。
这些保障电脑安的加密算法，往往通过质因数分解来计算，要破解这些加密算法，必须花大量时间，用各种多组数字，进行冗长而零散的试错。只要你采用的密码愈长、计算需时愈长，破译信息的难度也愈大，你的电脑就足够安全。但是，黑客如果通过量子计算，就能在短时间内以海量数据，轻松对你的密码进行暴力破解。
以强悍的 2048 位 RSA 加密算法为例，传统电脑需要大约 80 年才能成功破解，但量子计算呢，估计需要 8 小时而已。因此，当 Google 量子霸权曝光之后，比特币 (Bitcoin) 币值立即急跌。当中原因之一，是因为比特币体系是建基于强大的加密算法，如果加密算法失效，比特币难以会崩溃。
在 Google 量子霸权论文曝光之后，比特币币值应声下跌。图片来源：TechCrunch。
虽然如此，量子计算不一定只会对电脑安全构成负面影响，它的也可以一把双刃剑，同时保障电脑的安全。近年已经有不少人在研究新一代的量子加密技术，通过量子“不确定”的特性，建立接近无法破解的新式加密算法。
量子计算机会否颠覆我们的电脑安全性吗？还是让电脑更为安全？电脑安全的未来，还得看量子计算的发展方向。
未来还是未来，但要为未来准备
随了在科学和技术领域以外，量子计算也会对不少数据和信息密集的行业带来巨大的冲击，例如我们可以通过量子计算来处理金融业庞大的数据，建立更精准的分析和预测模型，物流业也能通过量子计算，快速地分析各地的物流与交通数据，快速并实时作出最完善的管理。
“你的量子计算机原型，进度怎样了？” “项目当在“完全成功”和“还未开始”之间的模拟阶段。”
“我能观察一下吗？” “这问题真不易回答。”图片来源：IAS。
更重要的是：未来我们的智能城市，需要接入大量的物联网 (Internet of Thing) 信息。无论是实时的交通状况、汽车的路径、行人的位置、暴雨的降水量、炎热夏天时的耗电量、以致救灾遇警等紧急事故，我们都可以通过万物联网进行细致和精准的管理。但当连路边的小街灯、地底的电缆都通过网络，都会向城市发出信息，所积累信息的数量，对传统电脑来说是个很严苛的考验。
但只要通过量子计算，这些海量的数据，就能轻松解决。
尽管如此，我们必须要回到起点：量子计算，仍然只是“未来”，要等到量子计算机商用，估计最少还要多等 5-10 年。目前我们不宜过度吹捧量子计算的作用、也不用过份担心量子计算的影响，而是为未来的量子计算，及早作出准备。
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