巨头的游戏：抢占量子霸权

　　说到量子计算，可能许多人会感到陌生，陌生的并不是没有听过这个词语，而是不明白它到底是什么，能做哪些事情。但对于一些大公司而言，拥有敏锐嗅觉的他们已经明白了量子计算对于未来意味着什么。

　　叠加状态的量子计算

　　量子计算是基于量子力学而来远超如今计算机计算能力的一种新型计算模式，量子力学态叠加原理使得量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，从而导致量子信息处理从效率上相比于经典信息处理具有更大潜力。

　　传统计算机使用的信息量单位为比特(BIT)，同时也是二进制数字中的位，信息量的度量单位，为信息量的最小单位，而量子计算机的信息量单位则为量子比特。

　　常规的比特有两种形态，要么是“0”要么是“1”，而量子比特却拥有不确定性，准确来说是在于未观测之前，其状态是不确定的，可能是“0”也可能是“1”还有可能是“0”与“1”的叠加状态，这也是量子力学的经典假说薛定谔的猫，在没有打开盒子之前，谁也不知道里面的猫是生还是死，而这个时候它将处于非死非活的叠加态。

　　计算力质的飞跃

　　那么这样相较于传统计算机有什么优势呢，由于量子不像半导体只能记录两种状态，它能够同时表示多种状态，举个例子，如果把半导体比作为单一乐器的话，量子计算机就像是交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，只需要一个40量子比特的计算机，就能够在很短的时间内解开1024为计算机花上数十年才能解决的问题。

　　量子计算主要应用于复杂的大规模数据处理，以及量子加密的网络安全服务。随着人工智能在各行业不断落地深入，对算力的要求也大幅提升，量子计算可以进行高速并行计算的优势，便尤为凸显。

　　近日，在美国洛杉矶举行的美国物理学年会上，Google发布了72量子比特的量子处理器“狐尾松”(Bristlecone)，称这一设备未来可实现“量子霸权”(quantum supremacy)。“狐尾松”是谷歌此前9量子比特处理器的扩展版本，采用了相同方案进行耦合、控制和读出，但被扩展为72个量子比特的阵列。

　　量子霸权

　　这里面有一个重要的概念便是“量子霸权”，即它可以在一个明确的计算机科学相关的问题上具有超越经典的超级计算机的表现。从计算复杂度理论的角度来看，这意味着超过目前最佳经典算法的超多项式加速。

　　举个例子，在区块链中，尤其是基于区块链技术而设计的比特币上，其挖掘有一个特性，那便是在某个“矿工”达到整个挖掘运算中51%算力的时候，产出的比特币一定会被他所获得，这样便打破了比特币发行所谓的公平性。

　　其次，由于量子计算在密码破解上有巨大潜力。当今主流的非对称(公钥)加密算法，如RSA加密算法，大多数都是基于大整数的因式分解或者有限域上的离散指数的计算这两个数学难题。他们的破解难度也就依赖于解决这些问题的效率。

　　在传统计算机上，要求解这两个数学难题，需要花费的时间是指数级，即破解时间随着公钥长度的增长以指数级增长。而量子计算机中的秀尔算法可以在多项时间内进行整数因式分解或者离散对数计算，即破解的时间随着公钥长度的增长以K次方的速度增长，而K为与公钥长度无关的常数。这便是一种量子霸权。

　　进军量子计算的国内外巨头们

　　除了Google之外，美国的Intel、IBM等都在量子计算方面投入巨资大力研发。IBM在这个领域中钻研最深，而Intel在今年CES上宣布将量子计算作为未来发展的主题之一。

　　不只国外对于量子计算情有独钟，国内也在这片领域下了重注。近日，百度宣布成立量子研究所，计划在五年内建成世界一流水准，并逐步将量子计算融入到业务中。

　　除了百度之外，腾讯与阿里也早早在此布局，腾讯与百度相同，都是采取自建量子实验室的模式，而阿里则是与中科院展开合作，在其共有云之上启动超导量子计算服务，相关处理器拥有11量子位。

　　不过从中也能看出，在量子计算机核心的处理器上，我们自PC时代便一直落后于美国。阿里与中科院联合研制的首个超导量子处理器也只有11个量子比特，与IBM成功研制的20量子比特的量子计算机，包括对外展示的50量子比特原型机，以及Intel在CES上宣布的制造的49量子比特超导测试芯片，Google即将推出的72量子位的量子计算机相比，仍然有极大的差距。

　　小结

　　量子通信和量子计算机是我国规划的科技创新2030重大项目，也是国家实验室最早部署的研究领域之一。但是，就如今这种情况而言，全球范围对量子霸权的竞逐已经来到了白热化阶段。我国虽然已经在很早就开始着手量子计算方面的研究，但眼下的差距依然不是短时间就能弥补的。

　　知道差距的存在，更应该奋起直追。而在这个领域中，底层技术的积累是非常缓慢的，无法如移动互联网那样借助人口红利迅速发展，所以这一切都要看国内的研究机构与公司的共同努力，这场战斗不会那么轻松。