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未来世界 算力即权力
算力即权力
2020年已近尾声，“ 九章 ”——这一中国“黑科技”再度刷屏。
76个光子的 量子计算原型机 “九章”，处理5000万个样本只需 200秒 ，而目前世界最快的超级计算机需要 6亿年 。
被称为“量子鬼才”的陆朝阳说，“‘九章’在一分钟时间里，完成了经典超级计算机 一亿年 才能完成的任务”。
“九章”的问世，逼近“量子计算 优越性 ”。
“九章”量子计算原型机
未来世界， 算力即权力 。
在 超强算力 面前，一切都是镜花水月：
可测宇宙原子总数约为 10^80 ，而围棋走法有 2.08*10^170 ，如果按照深蓝战胜卡期帕罗夫的穷举套路，就算 “天河2号” 出马也会举成阳痿。
所以 AlphaGo 不计算所有的事件，而是采用 蒙特卡罗 模拟与人类对抗，最终曲线革命成功，但如果大BOSS “量子计算机” 出战，什么抽样统计，什么概率分析，什么深度学习，没那么多废话，直接暴力枚举。
2017年5月3日，第一台超越早期经典计算机的 光量子计算机 在中国诞生后，引得整个科学界 “蛙声一片” ，虽然只实现了 10光子纠缠 ，但已经往前跨了一大步。要知道，一台操纵50个微观粒子的 量子计算机 ，对特定问题处理能力就已经超过 “天河2号”。今天“九章”的出现， 自然会引发惊叹！
用于玻色子采样的单光子源和干涉仪示意图
在现代社会，无论是与民生相关的天气预报，地震海啸预测，桥梁结构分析，还是与国家相关的导弹模拟，核聚变模型检测，以及宏观经济预测，无一不依赖于 超强算力 。可以说，当代社会最大矛盾之一就是日益增长的 数据处理 与 有限算力 之间的矛盾。
谁最先拥有量子算力，谁就拥有 最大权力。
上帝算力从何何来
量子计算机为何具有如此超强算力，又要从薛定谔的那只猫谈起。
量子计算机为何具有如此超强算力，又要从薛定谔的那只猫谈起。
1926前，薛定谔融合爱因斯坦和德布罗意理论为一炉，创立了严谨自洽的波函数理论，把波动力学化为了“薛定谔方程”，具有世界上独一无二的价值。
这只连通阴阳两界的萌宠，一直沉睡于 量子的叠加态 中，处于 既生又死 的状态，我们不用去怀疑这种现象是否存在，这一点上，连伟大的反对派 爱因斯坦 也不得不接受这一现实。
量子计算机的计算原理和薛定谔的猫具有一致性，利用的都是 “量子叠加态” 。在计算机的经典模型中，最基础的构建要素—— 比特 ，只能存在于两种截然不同的状态之一：
0或是1 ，这就是传统计算机里最底层的世界，只需要一个负责任的门卫，用 “开” 或 “关” 来处理进入数据，规则虽然简单，却能创造一个骇客世界，但也有一个缺点，在同一时间只能处理一个Bit，计算能力受到限制。
而在量子计算机中，规则改变了，一个 “量比特” 不仅仅存在于传统的0和1状态中，还可以是一种两者 连续 或 重叠 状态。因为量子具有不确定性，量比特（Qubit）被描述成 α0|0⟩+α1|1⟩ ，其中 |α0|^2+|α1|^2=1 。
也就是说，普通计算机n比特可以描述 2^n 个整数之一，但n个量子比特可以同时描述2^n个复数， 复数向量 意味着什么，看看下图就明白，意味着任何一个数都是 “何方可化身千亿, 一树梅花一放翁” ！
理论上来说，一个Qubit就可以储存无限信息，量子比特中存储的信息将始终处于 动态演化 过程之中。也就是说，你每一次测量的并不是同一系统，而是 不同世界 ，所以有人说 “量子计算” 是利用 平行宇宙 来计算，有超强的并行能力，虽然有些玄乎，但也不无道理。
假设你是黑客帝国里的“尼奥”，从 “太极” 出发要推开 “两仪” 中“1门”或“0门”其中一扇，然后再推开 “四象” 中“00门”，“01门”，“10门”，“11门”中的一扇，走完 160次 路径后找到了锡安。
而追捕者史密斯如果通过传统计算，要想分析160多步的 尼奥路径 ，需要的时间是：
47515528679349475857 年
等他成功穷举出来，尼奥已经解放全人类了。
但如果史密斯处于 2^160万个 平行现实中，每个世界只走一条路，那可能30分钟就能抓到尼奥，这就是 叠加态 的妙用，量子计算机可让你复制出2^160个史密斯，每个人只需要走一条路就可以了。不是超强算力选择了量子计算， 而是量子计算天然具有超强算力。
摩尔定律走到尽头
人类必须选择新助理
Intel创始人之一 摩尔 在上世纪60年代提出：
当价格不变时，集成电路上容纳的元器件数目，约隔 18-24个月 便会增加一倍，性能也将 提升一倍。
简言之，即计算机的性能以 18个月翻一番 的速度不断发展，这一内容在之后的半个世纪不断被观测与证实，因此被人们称为 摩尔定律 。我们可以很清楚地从下图看出，摩尔所做的推测与观测基本相符，CPU中晶体管的数量随时间成 指数级增长。
按照摩尔定律，人类要做的事情只是 降低晶体管大小 ，从而集成更多晶体管，然而晶体管的大小不能无限小，当到达一个原子大小时，任何纳米管和传统工艺都将对此 毫无办法 ，酷睿I7处理器容纳了 14亿个 晶体管，再这么玩下去就逼近上帝底线。
就算如此，但算力依然有限，计算机跑完一个 可计算函数 的时间里，太阳都可能 燃烧殆尽 。所以摩尔危机必然到来，经典计算机的发展已经到了尽头，人类必须选择新的 可靠助手。
量子计算机应运而生。1982年逗逼天才 费曼 提出人类应该考虑量子计算机，1994年，贝尔实验室的 休尔 提出 量子质因子分解算法 ，向大家展示了量子算法分解大数的质因数的速度——分解一个 1000位 的数字，传统计算机大约需要耗费 10京 （《孙子算经》载“万万曰亿，万万亿曰兆，万万兆曰京”） 年 的时间，而利用量子计算机的话，只需要 20分钟 左右。这种效率让暴力穷举看起来不再那么暴力，甚至还生出一分 闲庭信步 的气质。如果这一算法与量子计算机真正结合，现代银行、网络、电子商务体系的 安全堡垒 犹若纸糊的灯笼。
由于量子计算机的 强大算力 ，和对国家安全、社会经济所构成巨大威胁，一时间量子计算机成为 各国政府、实业界、企业界 争相研究的课题，量子计算机从此上升到 国家安全 的 战略层次。
近年来， 量子计算机 的 研究成果 层出不穷：
2009年11月 ，世界 首台 可编程的通用量子计算机正式在 美国 诞生。
2010年3月 ， 德国超级计算机 成功模拟42位量子计算机。
2011年5月 ， 加拿大D-Wave 发布一款全球第一款商用型量子计算机。
2013年6月 ， 中国 首次成功实现用量子计算机求解线性方程组的实验。
2015年12月 ， 谷歌 推出的D-Wave量子计算机，号称比其他任何计算机都快出 一亿倍。
2016年8月 ，美国发明世界上第一台由 5量子比特 组成的可编程量子计算机。
2017年5月 ，世界上 第一台超越早期经典计算机 的5量子比特计算机在 中国 诞生。
2020年12月 ，中国科学家成功构建 76个光子 的量子计算原型机，求解数学算法高斯玻色取样只需要 200秒 。
量子虽小，不好控制
IBM科学家David 在2000年提出建造量子计算机的 5点要求 和 2个辅助条件 ，为具有实用价值的量子计算机画出了 蓝图 。
1.一个能表征量子比特并可扩展的 物理系统 ；
2.能够把量子比特初始化为一个 标准态 ；
3.保证在系统退相干之前 完成整个量子计算 ；
4.构造一系列普适的 量子门 完成量子计算；
5.具备对量子计算的末态进行 测量 的能力。
两个 辅助条件 是：①在静止量子比特和飞行量子比特之间实现 量子信息 的 转换 ；②具备在节点间实现 量子比特传输 的能力。
用更通俗的语言来解释上面5点，我们假设存在一个 量子社会 ，这个社会由 量子人 构成，要成为一个量子人，首先要有一个承载量子灵魂的肉体，这就是量子比特的 运行硬件 ；然后肉体上的五官能够获取标准的 量子信息 ，而不是灵魂听不懂的其它外星语言；在获取这些信息之后必须马上自撸，而不是打个哈欠去睡觉，因为量子人一觉醒来之后没有记忆；量子人将信息编译成量子语言时也 不能胡编乱造 ，必须有 标准编码 进行翻译；最后你在屏幕上显示出的 量子语言 其它量子人能够看得到。
要想研制量子计算机，除了要研制 芯片 、控制系统、测量装置 等硬件外，还需要研制与之相关的软件，包括 编程、算法 、量子计算机的 体系结构 等。
量子计算机拥有众多优势，但是基于量子力学上的 不确定性 也使得它本身较之经典计算机更加不稳定。和经典计算机设计、硬件并不一样，量子计算机设计制造首先需要保证 量子比特 处于 稳定相干叠加态 之中。
一旦相干态中的量子比特在和外部环境发生量子纠缠之后会陷入 退相干状态 ，那么，此时量子比特和 传统比特 没有区别，这就是上面谈到的 第 3 点 。
量子人虽然很强大，但特别喜欢睡觉，而一睡觉之后把所有事都忘了，现在最大难处就是让它在睡觉之前做更多的事情。
这也是现在量子计算机 最难以突破 的地方，2017年中国科技大学研究出的量子计算机，比Google在2016年推出的 量子计算机 在退相干之前多控制了 1个光子 ，大家就开心得不得了。
可见 量子虽小，不好控制。
人神之间，
相差一台量子计算机
对于量子计算机的出现，不能过于乐观，量子算力是比核武器更危险的存在，谁第一个完全操纵 45-50个量子比特 ，谁可能优先获得 最大权力 。
人类未来最大的矛盾，是日益增长的数据处理与有限算力之间的矛盾！谷歌大脑 1.6万个CPU 运行7天才能完成猫脸识别，谷歌大脑实现模拟人脑的突触数量仅为 100亿个 ，而实际的人脑突触数量超过 100万亿， 这个数字对于经典计算机来说不可企及，对于量子计算来说，这都属于 小儿科 。一旦能够控制更多量子比特，人与机器的结合，也水到渠成！从智人到神人，中间只差一台 量子计算机。
量子不死，逆天不止。
