本周的当头一棒，有多少加密货币的拥趸，从“技术乐观者”变成了“科技保守者”。
12 月 9 日，谷歌公布了旗下最新、最强大的量子计算芯片 Willow，它拥有史上最多的 105 个量子比特。更重要的是，在量子比特增加之后，Willow 在错误率的控制取得了突破性进展。
图片来源：Google
Willow 发布后，谷歌股价立刻飙升，两天内涨幅达 10%。比特币价格则应声下跌，最低时下挫了 6%。
问题随之而来，赞叹科技美好，不耽误担心自己的钱包：我那比特币密钥，还……还灵么？
2019 年，谷歌曾利用一台 54 位的量子计算机 Sycamore，证明了“量子优越性”，即量子计算机相比经典计算机，存在指数级的算力碾压。当时谷歌用 200 秒时间，完成了经典计算机需要一万年才能完成的计算任务。
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而这一次，Willow 在算力测试中，进一步将理论算力差距拉大到了天文数字的级别。此次 Willow 用 5 分钟完成的计算任务，如果用普通的超级计算机，需要 10^25 年，比宇宙的寿命还长。
谷歌量子 AI 部门的创始人 Hartmut Neven 在博客中表示：Willow 表现出的算力碾压太夸张，夸张到像是借用了平行宇宙里的算力。
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量子计算机理论上蕴含的超强算力，一旦被用于通用计算机的应用场景，巨大的想象空间随之而来：一切的加密算法，一切对算力敏感的场景如加密货币、AI，都将改变成我们难以预期的模样。
量子计算，靓在哪？
计算机的基本构成单位是“比特”。
经典计算机的比特是宏观的。比如电路的通、断，分别表示了 1 和 0 两种状态，包括光信号，以及磁盘的扇区，储存单元，都是一样。
一枚量子芯片丨Google
它们在宏观中的表现是高度确定的，即便是最先进的集成电路上，栅极尺寸只有十几纳米的晶体管，接通时，内部也是数以亿计的电子流动，所以可以抵抗外界干扰。
量子计算器的“比特”，则由微观层面的量子构成。单个量子的状态是高度不确定的，即处于“叠加态”，仅仅是测量其状态，也可能导致状态改变——有点像量子力学领域的“测不准原理”。
量子计算的根本优势也在于此。因为处于“叠加态”，其计算能力提升并非单纯的在于时钟频率有多高，而是利用量子力学的特性进行并行计算，这是与经典计算机完全不同的计算模式。
因为量子比特很不稳定，为减少错误，量子计算机往往要在一个高度受控制的环境中运行。谷歌之前就将量子计算机封装在一个密闭金属容器里，容器内部的温度只有 10 毫开尔文（1 开尔文的百分之一），接近绝对零度。还有研究者表示，因为量子比特会受到宇宙射线的干扰，应该把计算机放进地底或山洞里以减少干扰。这些手段有效果，但并不足以消除错误。
Google量子计算实验室中最显眼的就是降温装置丨Google
实际上，经典计算机也会出现错误，过去主要的解决方法是增加比特，作为“冗余位”，来实现信息的校验和修正。这一思路从计算机的硬件层、通讯协议层、软件层，无处不在。
但对于量子计算机来说，增加比特是很困难的，因为你无法直接测量量子比特是否存在错误，增加比特可能意味着“用不可靠的比特去纠正不可靠的比特”，最后的结果依然不可靠。
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谷歌采用的方法，是通过一种“网格化”的排布，来进行纠错。Willow 采用了 7X7 的网格排布，其中 49 个量子作为数据比特，另外有 48 个量子用于测量。通过这种方式，谷歌“突破了纠错的平衡点”，即增加比特之后，能实现错误减少。
这是自计算机科学家 Peter Shor 1995 年提出“量子纠错”概念以来的一次重大突破。根据谷歌发表的论文，如果未来进一步将量子比特增加，错误率将会指数级下降，降到 10^-10 量级。
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这为量子计算描绘了一个更值得期许的未来。
我的比特币，还保得住么？
Willow 的发布确实对加密货币市场造成了冲击。
别急……丨Giphy
一切也不难理解，如果量子计算机的天文级算力投入到通用计算领域，过去一切的算力衡量标准都将变得无效。
比特币的“挖矿”产出将进入一个全新时代，整个加密货币的产能会被彻底重新分配。包括当下加密钱包的私钥，也全部存在被破解的隐患。
Google量子计算发展路线图丨Google
早在 2019 年，谷歌证明了“量子优越性”之后，就有研究者估算，一块拥有 1300 万个量子比特的芯片，只需要一天，就可以破解比特币钱包的私钥加密。
实际上，不只是比特币，量子计算机潜在的天文级算力，会威胁到当下所有的加密系统，几乎所有的密钥，都可能会遭到暴力破解。如果量子计算机真的成为现实，则意味着所有的加密系统，都需要进行对应的对抗升级——是的，抗量子密码学也在高速发展之中。
但同样的，量子计算机如果能广泛应用于通用领域，也意味着大量的科学研究都可能得到巨大的算力支持，从而实现新的突破。比如当下最热的 AI 模型训练，又比如生物研究，药物开发，或用于航空航天器开发过程中的流体力学分析……
尽情畅享丨Google
本周，谷歌 CEO Sundar Pichai 在 X 上发布了 Willow 芯片的介绍后，SpaceX 创始人 Elon Musk 也表达了自己的赞叹。之后 Pichai 回复称“我们应该用星舰在太空设立一个量子计算集群”，马斯克回应表示“这确实有可能发生”。
量子计算，驾驭一颗恒星的力量？
只不过，这些想象，至少在目前，还依然只是想象。你的加密货币钱包暂时安全，也不会有平行世界的矿工来到我们的宇宙挖币。
因为量子比特极不稳定的状态，不只会带来错误，还意味着基于当下技术，很难对量子比特的状态进行批量复制、修改。也就是说，量子计算机很难处理大量的数据，缺乏有效的算法。
谷歌量子纠错论文截图丨arXiv
目前谷歌用于测试量子计算机算力的基准测试叫“随机电路采样”——这是一种特定的量子算法，它涉及到对量子比特进行一系列随机的量子门操作，然后测量结果的分布。它目前主要用于验证量子计算机的性能，本身也是一种有意义的量子计算任务——虽然这个测试展示了量子计算机在特定问题上的巨大优势，但并不意味着量子计算机已经可以解决所有类型的计算问题。
有学者这样形容当下的量子算力测试：“这就像你要用计算机，建立一个超高精度的模型，来模拟马克杯掉在地上会碎成什么样。但如果你有一个马克杯，你只需要把它往地上一丢就行了。”
总体上，目前学界对量子计算的测试方法，未来是否能应用于更广泛领域，依然存在争议和质疑。舆论场里的很多人也怀有一种朴素的观点，认为如果量子计算真的有用，那它早就改变世界了。
的确，量子计算所展现出的未来潜力太大，不可避免地被抹上科幻色彩，就连 Elon Musk 本人，在和 Sundar Pichai 交流量子计算话题时，也表示说要把人类文明提升到“卡尔达肖夫 II 型”的水平。
太阳的力量，服不服？丨Giphy
“卡尔达肖夫指数”由前苏联天文学家提出，其中“II 型文明”意味着文明能驾驭一整颗恒星级别的能量，即 100% 利用太阳的全部功率。这个目标是人类目前已利用能量功率的 10^10 倍。很显然，这个愿景本身就带有浓烈的科幻精神。
某种程度上，量子计算机的未来也处于一种叠加态，一旦证明成功，就是从 0 到 1 的改变。很难想象未来的世界具体会变成什么样——就像回到 80 年前计算机发明的时候，当时的人们也很难想象我们今天的世界。
发表于 2024-12-14 15:00:17
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