巨头的游戏：抢占量子霸权

2018-03-15 07:00

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。

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