来源：网易科技
以下是文章主要内容： 哈穆特·奈文（Hartmut Neven）信奉平行世界。在最近的一个早上，在谷歌的洛杉矶办公室外面，这位53岁的计算机科学家在给我解说量子力学如何支持所谓的多元宇宙理论。奈文指着处在我俩中间的那个磁带录音机。他说，我们看到的磁带录音机只是该设备的其中一个“经典形态”。“但在某个我们往常还没能感知到的中央，它有其它的版本。”据奈文称，不只磁带录音机是这样，一切的物品都是如此。“即便是像你我这样的系统，”他表示，“在平行世界我们一切人都有不同的形态。” 奈文指导过谷歌一部分最具开创性的项目，从图像辨认软件到谷歌眼镜。往常他面前的那项任务是他在整个职业生活中最虚无缥缈的一个：基于量子力学的怪异原理开发计算机。 量子力学 量子力学不好一下子就解释分明，但Cliffs Notes版本是这么解释的：科学家证明原子能够同时以两种状态存在，这种现象叫做叠加。例如，单个原子能够同时存在于两个位置。 范围扩展的话，叠加以至会变得愈加怪异。由于世间万物都是由原子组成，有的物理学家作理论推定完整的物体存在于多个维度，让平行世界成为了可能。 连阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）都搞不分明量子力学。该诺贝尔物理学奖得主宣称量子力学背地的思索存在基天性的缺陷。后来，科学家们一再地确切证明了该理论。
在谷歌位于加州圣巴巴拉的实验室里，该公司的量子芯片被冻结在悬在空中的低温恒温器里 这些原理是下一代计算反动的关键所在。在加州圣巴巴拉市的一个小型实验室里，奈文以及20多位谷歌物理学家和工程师在应用量子力学来打造运算潜力令人膛目结舌的计算机。牢靠的范围化量子计算机有望改动从AI到化学的各行各业，加速机器学习的展开，带来新型的资料、化学物和药物。 “可正常运作的话，量子计算机将会改动整个世界，改动事物的运作方式。”硅谷知名风投Andreessen Horowitz合伙人、物理学家维贾伊·潘德（Vijay Pande）说道。该风投公司投资了量子计算初创公司Rigetti Computing。 其他的人则持不大一样的见地，特别是学者。 “量子计算机不只仅是我们所熟习的那种计算机的更快速版本。它是一种全新的应用自然中止运算的方式。”德克萨斯州大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）指出，“人们会问，‘它要快上一千倍吗？还是要快上百万倍？’这完整取决于应用。它有可能会在短短一分钟内处置我们经过经典计算机无数年都无法处置的问题。而在其它的测试中，量子计算机则可能只能给你带来不大的辅佐，有时分以至完整帮不上忙。” 量子计算机什么时分到来 近30年来，这些机器不时都被以为是只需科幻片才有的东西。几年前，科学界普遍以为牢靠的范围化量子计算机至少20年后会到来，但也有可能永远都不会到来。 “往常不再有人说量子计算机永远都不会到来了。”加拿大针对量子计算的保险加密处置计划提供商Isara?的CEO斯科特·托茨克（Scott Totzke）说，“我们处在十分十分初期的展开阶段，但我们早就越过了科幻阶段。” 全球各地的企业和高校都在竞相开发这些机器，Alphabet旗下子公司谷歌似乎处在抢先位置。明年年初，谷歌的量子计算机将会面临一次严峻的考验：处置一个晦涩难解的、经典计算机要花数十亿年才干完成的运算问题。如取得胜利，那标记着“量子霸权”（关于某些问题量子算法的效率远远优于经典算法），标记着抵达量子计算机完成某种以前不可能完成的事情的临界点。在计算机科学家们的口中，它将标记着一个新的计算时期，标记着所谓的经典时期的终了。
谷歌64 平方毫米的芯片目前是全球最先进的通用量子计算机 经典计算机，好比你的笔记本电脑或者手机，用比特（bit，信息量单位）来存储和处置信息。比特的值要么是1，要么是0。比特由被称作晶体管的微型电路表示。关于你的iPhone来说，每一次触控，每一次自拍，都只不外是由“1”和“0”组成的一个长序列。 量子比特（qubit）应用叠加同时以两种状态存在——实践是就是同时以1和0存在。在经典计算机中，比特就像是要么显现正面要么显现背面的硬币。而量子比特则像是被抛在空中的、不时旋转的硬币，同时显现正背面。 那种动态性让量子比特能够比比特编码和处置多得多的信息，致使于计算机科学家称时下性能最强大的笔记本电脑相比量子计算机就像是算盘。理论上，一个占领数个城市街区的数据中心的计算才干，一个句点般大小的量子芯片就能完成。 那种潜力是指数式增长的结果。增加一个比特，关于经典芯片的计算才干的提升微缺乏道，但增加一个量子比特，则可让量子芯片的计算才干翻一倍。300个比特的经典芯片大约能够驱动一部基本的计算器，但300个比特的芯片的计算才干则抵达惊人的novemvigintillion——2后加90个0的数——一个超越宇宙原子总数量的数字。 经典计算机是二进制的，采用比特这一信息量单位，只能用“1”或者“0”来记载一切的信息状态。而量子计算机运用量子比特，这种单位能够同时是“1”和“0”。这让量子比特在特定任务中能够处置比比特多得多的信息——特别是在分离的时分。每增加一个量子比特，量子计算机的运算才干就能翻一番，这种指数式增长可催生强大得多的范围化机器。 但这种对比仅适用于特定的运算任务。拿比特和量子比特比较不是易事，由于量子计算机和经典计算机是全然不同的两种机器。不同于经典计算机，量子计算机不会对一个问题的一切潜在处置计划中止检验。相反，它们应用算法来剔除导向错误答案的途径，仅留下导向正确答案的途径——那些算法仅适用于特定的问题。这使得量子计算机不适用于诸如网上冲浪的日常任务，因而别希望会呈现量子iPhone。但它们能够做的是，处置特定复杂到难以想象的问题，如模仿新分子来设计愈加轻盈的飞机部件、愈加有效的药物和更好的电池。 量子计算机也存在错误率高的问题，因而部分科学家和数学家质疑它们的可行性。谷歌和其它的公司称该问题可经过纠正错误的算法来处置，但那些算法需求更多的量子比特来检查中止运算的量子比特的工作。有的专家估量，检查单个量子比特的工作将需求额外增加100个量子比特。 量子计算机的由来 觉得一头雾水吧？不只你一个是这样。微软分离开创人比尔·盖茨（Bill Gates）最近接受华尔街日报杂志采访时称，他搞不明白公司的量子计算项目相关的幻灯片。 曾取得诺贝尔奖的理论物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）如是说，“我想，能够说没有人能够了解量子力学。” 费曼是最早提出量子计算机概念的人之一。1981年，他在一次演讲时说，模仿物理将需求基于自然或者量子力学的计算机。“可惜自然并不寻常，”他说道，“假如想要模仿自然，那你最好应用量子力学。” 在之后的20年里，研讨人员尝试打造费曼所想象的那种机器，但没有取得胜利。量子比特被证明十分脆弱，变幻无常。它们只能够维持几纳秒（相当于十亿分之一秒）的叠加状态（给它们带来大范围运算才干的那种状态）。近乎觉得不到的细微温度变更，以至空气的单个分子，都有可能让它们脱离那种状态。 “这有点像是试图让鸡蛋在针尖上坚持均衡，”IBM量子计算科学家Jerry Chow在演讲中说道，“你肯定能够做到，但一旦噪声、热量或者震动带来哪怕一丁点的干扰，你也会一下子对它失去控制。” 在过去的5年间，科学家们在那种均衡做法上取得了庞大的进步。资本随之大量涌入，谷歌、微软、IBM、英特尔等大型科技公司都在展开相关的项目，来自潜在客户的兴味也应声增加。 大众汽车公司正在测试加拿大公司D-Wave Systems打造的量子计算机。3月，双方称，应用来自北京的1万辆出租车的GPS数据，他们做出了一种算法来计算前往机场最快捷且交通最顺畅的道路。D-Wave表示，经典计算机需求45分钟完成那项任务，但它的量子计算机一瞬间就能完成。 听上去D-Wave似乎曾经赢得了这场竞争，但该公司造价1500万美圆的2000Q模型仅适用于范围有限的数据剖析，其中包含大众汽车的测试。固然该2000Q模型有2000个量子比特——科学家们正告称，该数字不应被拿来跟谷歌等公司的通用型量子计算机中止比较——该机器还没有完成“量子霸权”。D-Wave总裁博·埃瓦尔德（Bo Ewald）称，2000Q并不是寻求取得最好的答案，而是寻求“在很短的时间内取得足够好的答案。” 枕戈待旦 并不是一切人都热切盼望精确的范围化量子计算机的到来。从信誉卡买卖到手机短信发送的一切都是应用一种依赖于因子合成或者反向倍增法的算法来中止加密。庞大的数字——数百位数——充任加密数据的一把锁，而该数字的两个质因子就是钥匙。这种所谓的公钥密码系统被用来维护健康档案、在线买卖和大量其它的敏感数据，由于经典计算机要数年时间才干找到那两个质因子。而量子计算机理论上可一转眼的功夫就找到。 企业和政府都在加紧为有的人所说的Y2Q作准备。Y2Q是指精确的范围化量子计算机的到来之年，有的专家估量该类机器大约会在2026年到来。当这一切发作的时分，我们原本严加看守的数字秘密可能会变得摧枯拉朽。 去年，美国国度保险局（NSA）发布命令，请求美国国度保险职员和供给商必须求在“不远的未来”开端改造他们的加密系统，以防备量子计算机带来的要挟。由于国度保险信息必须求被维护数十年，该机构称新加密系统必须求在这些机器到来之前落实到位。它正告道，否则的话，可破译密码的量子计算机遇对国度保险构成“消灭性的影响”。 政府不只仅在打防御战。据《华盛顿邮报》报道，前NSA雇员爱德华·斯诺登（Edward Snowden）2013年泄露的文件显现，作为8000万美圆的研讨项目“攻克难关”（Penetrating Hard Targets）的一部分，NSA正在开发自有的量子计算机。目前还不分明NSA取得了多大的停顿。该机构拒绝发表评论。 各方角逐量子计算机的主要动力在于，它具有推翻各行各业的潜力。专家以为，该类机器短期的最大希望是，为两个快速增长的范畴机器学习和AI以及企业提供庞大助力。谷歌的奈文表示，估量十年内一切的机器学习技术都将运转于量子计算机。 竞争升温 这场商业化竞赛今年早些时分显著升温。5月，IBM发布16个量子比特的芯片，这是通用量子计算机的一个里程碑。前一天，一个贸易集团发布其对谷歌量子硬件担任人约翰·马丁尼斯（John Martinis）的采访内容，马丁尼斯不当心透露谷歌有22个量子比特的芯片。
在显微镜下看谷歌64 平方毫米的芯片，能够看到它的商标：该公司的名字拼写出往常底部 目前，谷歌的芯片被冻结在该公司的圣巴巴拉实验室被称作低温恒温器的精制大桶里面。该实验室位于洛杉矶，是奈文领带的量子项目的一个悠闲基地。里面有乒乓球桌和形形色色的小对鼓，整个空间觉得就像是左近的加州大学圣巴巴拉分校校园的延伸部分。办公室担任人马丁尼斯是该大学的物理学教授，他的很多雇员都是研讨生。 在最近的一个下午，两位最近从加州大学圣巴巴拉分校取得博士学位的悠闲工程师丹尼尔·赞克（Daniel Sank）和阿米特·温森彻（Amit Vainsencher）带我去看位于该实验室一个角落的闪闪发光的低温恒温器。由于微粒遭到再细微的干扰也会脱离叠加状态，量子计算机必须求与外部世界完整隔绝开来。该低温恒温器的高导磁合金名义可阻隔地球的磁场，它上面贴着一个保险杠贴纸，写着：“我的另一台计算机是经典计算机。” 取自临近布满银霜的容器的紧缩氮和液态氮将低温恒温器内部冷却到零下459.6华氏度，该温度仅比最低的温度高一点，这给谷歌的量子比特中止运算发明了所需的导电条件。“假如你要摇动这个框架，实践上你能够看到温度计显现温度上升。”温森彻在摇动该将低温恒温器悬在空中来抑止来自震动的感染的架构之前表示，“我或许不该那么做。” 该装置如此虚无缥缈，而且费用昂扬，这意味着谷歌和它的同行很可能将经过云端出卖量子计算，可能会按秒计费。 目前，奈文在南加州的团队在紧锣密鼓地完成49个量子比特的芯片。他们希望该芯片会将他们带到量子霸权以及一个新的技术范畴，在这个范畴里，计算机应用复杂到无法想象的自然规律，而是将世界转变成“1”和“0”。 “这台计算机里面没有晶体管。”奈文说，“它是一个全然不同的野兽。它是多元宇宙里的原住民。”
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