量子计算研究离我们有多远？我在南京实验室撞见的真相
去年9月23号，我跑一个产学研项目到南京，忙完正事约了实验室读博的师兄蹭饭，结果他说，要不带你去我们实验室转转？我想都没想就答应了，毕竟活了三十多年，量子计算只在网上见过，还没摸过真家伙呢。
进了实验室门，第一秒，我就幻灭了。我以为会看到布满蓝光的巨型球，到处飘着科幻感的量子云特效，结果呢？就是一排一人高的铝制罐子，插着密密麻麻的铜线，桌子上堆着示波器，地上摆着制冷机的压缩机，嗡嗡响，跟我之前待过的射频实验室没差多少。哦对了，那些罐子就是杜瓦瓶，装着液氦，把量子芯片降到零下两百七十多度，比宇宙背景温度还低，只有在这个温度，量子比特才能保持那点可怜的相干性。
南京高校量子计算研究实验室测试台
堆比特数量这事，就跟堆积木一样，你堆一万个歪歪扭扭的积木，一碰就倒，还不如十个拼得结实的能用。现在很多团队发论文都喜欢说我做了几千个比特，但是不好意思，大部分都是没用的，错码率太高，算一步错一半，根本没法用。量子计算最麻烦的就是纠错，你要算一个正确的结果，可能需要上千个物理量子比特来拼出一个没有错的逻辑量子比特，这个成本太高了。
有时候我就在想，我们这代人能不能用到随身携带的量子计算机？不好说。真的。
那量子计算牛逼在哪？比如说你要找一把能开锁的钥匙，一百万个钥匙里只有一把对的。经典计算机就是一个一个试，试完一个换下一个，量子计算呢？它可以同时试所有钥匙，只要你不打开看结果，它就同时处于所有试的状态，最后一观测，就能直接把对的那把给你变出来。当然，这个过程没那么简单，我只是打个比方。
量子计算叠加态原理通俗示意图
那现在量子计算研究卡在哪了？就是那个叠加态太娇贵了，温度动一下，有个电磁波干扰，哪怕一个原子撞了一下，它立刻就退相干，变成普通比特了，相当于你试钥匙试到一半，所有钥匙全掉地上混了，你白试了。所以现在核心研究方向就是两个，一个是做更稳定的量子比特，延长相干时间，另一个就是做量子纠错，哪怕错了几个，也能算出对的结果。不过话说回来，现在也不是所有研究都奔着通用量子计算机去，很多人在做所谓的NISQ，就是含噪声的中等规模量子计算，说白了就是几十上百个比特，错一点也没关系，找一些能接受误差的场景先用起来，试试水。
别当韭菜：这些地方才是真的量子计算研究落地
现在市面上什么量子腰带量子水杯，都是扯，跟量子计算半毛钱关系都没有，那正经的量子计算研究现在都用在什么地方？
我师兄给我举了个例子，他们团队现在和医药所合作，模拟小分子蛋白的结合结构，研发新的靶向药。这个事，经典计算机算起来有多麻烦呢？分子本身就是量子构成的，你用经典的比特去模拟量子态，相当于你用积木去搭一个分子，每多一个原子，计算量就翻一倍，一百个原子的分子，全世界所有经典计算机加起来都算不完。量子计算呢，本身就是量子系统，用一个量子模拟另一个量子，就简单多了，现在已经有一些初步的结果，能算出以前算不出来的小分子结构。
还有就是材料研究，比如研发新的锂电池正极材料，怎么组合元素能让储能更高，寿命更长，这种要试无数种组合，用量子计算模拟原子结构，能减少很多实验次数，省时间省成本。我之前接触过一个做储能的团队，已经在用云量子计算平台做测试了，虽然速度提升没有吹的那么夸张，但确实比纯经典模拟省了快三分之一的时间，这已经是很大的进步了。
还有一个方向大家可能想不到，就是密码学。现在大家上网用的RSA加密，原理就是大数分解，经典计算机要分解一个大的质数乘积，要算几百年，但是量子计算机有个舒尔算法，能快速分解大数，真要是通用量子计算机出来了，现在这套加密体系就废了。所以现在全世界都在研究抗量子密码，就是提前把下一代加密标准做出来，等量子计算机真能破解了，我们直接换就行，这个其实已经在推进了，很多网站已经开始测试抗量子加密算法了。
当然，也有很多炒概念的，什么用量子计算给奶茶店做排班，给网约车派单，其实这些问题经典计算机算得好好的，根本用不着量子，就是蹭热度拿融资而已。很多人说量子计算会取代经典计算机，怎么可能？你刷抖音聊微信，经典计算机又快又省电，犯不着用量子啊，未来肯定是经典计算机干日常的活，遇到经典算不动的问题，再扔给量子计算机算，就是分工不同，谁也取代不了谁。
那天从实验室出来，师兄请我喝了南京本地的冰奶茶，我捧着杯子，吹着秦淮河边上的风，就觉得这事挺有意思的。我们总喜欢把新技术要么吹上天，要么踩成骗子，其实量子计算研究就是一个还在成长的孩子，你不能要求它刚生下来就能跑，也不能说它未来长不大，就说它是骗子。现在它还在实验室的杜瓦瓶里待着，慢慢攒着技术，说不定哪天，它就真的出来改变世界了，只不过那一天，可能不是明年，也不是后年，可能还要等二三十年，甚至更久。至于我们普通人，就别凑什么量子养生的热闹，安安心心等着就行，真要用得上的时候，自然就到我们身边了。
进了实验室门，第一秒，我就幻灭了。我以为会看到布满蓝光的巨型球，到处飘着科幻感的量子云特效，结果呢？就是一排一人高的铝制罐子，插着密密麻麻的铜线，桌子上堆着示波器，地上摆着制冷机的压缩机，嗡嗡响，跟我之前待过的射频实验室没差多少。哦对了，那些罐子就是杜瓦瓶，装着液氦，把量子芯片降到零下两百七十多度，比宇宙背景温度还低，只有在这个温度，量子比特才能保持那点可怜的相干性。
打破滤镜：我们离通用量子计算还差一整个技术革命
师兄跟我吐槽，现在网上一堆吹"已经实现量子优势，马上颠覆所有行业"，什么叫量子优势？就是量子计算机在某个特定问题上，超过了最强的经典超级计算机，对吧？但那个问题是什么？是专门设计出来给量子计算机做的，根本没有实际用途，就是为了证明量子优势存在而已。说实话，我之前也被自媒体带偏了，以为现在量子计算机已经能帮我们算天气预报，破解密码，结果师兄说，现在能稳定工作的逻辑量子比特，数量还不到两位数。你想想，经典计算机我们现在都用几十亿个晶体管，这差多少？南京高校量子计算研究实验室测试台
堆比特数量这事，就跟堆积木一样，你堆一万个歪歪扭扭的积木，一碰就倒，还不如十个拼得结实的能用。现在很多团队发论文都喜欢说我做了几千个比特，但是不好意思，大部分都是没用的，错码率太高，算一步错一半，根本没法用。量子计算最麻烦的就是纠错，你要算一个正确的结果，可能需要上千个物理量子比特来拼出一个没有错的逻辑量子比特，这个成本太高了。有时候我就在想，我们这代人能不能用到随身携带的量子计算机？不好说。真的。
一句话讲明白：量子计算研究到底在研究什么
很多人搞不懂量子比特是什么，我给你拿喝奶茶举例子。经典计算机的比特，就是杯子里要么加冰，要么不加，只有0和1两种状态，一次只能选一个。量子比特呢？它可以是0，也可以是1，还可以同时既是0又是1，这个叫叠加态，就好像你点奶茶的时候，选了三分糖同时也选了五分糖，没拿到杯子喝之前，它两种都可能。哦，不对，你一打开盖子尝，就立刻变成只有一种甜度了，这个就是量子力学里的退相干，观测导致波函数塌缩，说白了就是你一碰它，它就变回普通比特了。那量子计算牛逼在哪？比如说你要找一把能开锁的钥匙，一百万个钥匙里只有一把对的。经典计算机就是一个一个试，试完一个换下一个，量子计算呢？它可以同时试所有钥匙，只要你不打开看结果，它就同时处于所有试的状态，最后一观测，就能直接把对的那把给你变出来。当然，这个过程没那么简单，我只是打个比方。
量子计算叠加态原理通俗示意图
那现在量子计算研究卡在哪了？就是那个叠加态太娇贵了，温度动一下，有个电磁波干扰，哪怕一个原子撞了一下，它立刻就退相干，变成普通比特了，相当于你试钥匙试到一半，所有钥匙全掉地上混了，你白试了。所以现在核心研究方向就是两个，一个是做更稳定的量子比特，延长相干时间，另一个就是做量子纠错，哪怕错了几个，也能算出对的结果。不过话说回来，现在也不是所有研究都奔着通用量子计算机去，很多人在做所谓的NISQ，就是含噪声的中等规模量子计算，说白了就是几十上百个比特，错一点也没关系，找一些能接受误差的场景先用起来，试试水。
别当韭菜：这些地方才是真的量子计算研究落地
别当韭菜：这些地方才是真的量子计算研究落地
现在市面上什么量子腰带量子水杯，都是扯，跟量子计算半毛钱关系都没有，那正经的量子计算研究现在都用在什么地方？我师兄给我举了个例子，他们团队现在和医药所合作，模拟小分子蛋白的结合结构，研发新的靶向药。这个事，经典计算机算起来有多麻烦呢？分子本身就是量子构成的，你用经典的比特去模拟量子态，相当于你用积木去搭一个分子，每多一个原子，计算量就翻一倍，一百个原子的分子，全世界所有经典计算机加起来都算不完。量子计算呢，本身就是量子系统，用一个量子模拟另一个量子，就简单多了，现在已经有一些初步的结果，能算出以前算不出来的小分子结构。
还有就是材料研究，比如研发新的锂电池正极材料，怎么组合元素能让储能更高，寿命更长，这种要试无数种组合，用量子计算模拟原子结构，能减少很多实验次数，省时间省成本。我之前接触过一个做储能的团队，已经在用云量子计算平台做测试了，虽然速度提升没有吹的那么夸张，但确实比纯经典模拟省了快三分之一的时间，这已经是很大的进步了。
还有一个方向大家可能想不到，就是密码学。现在大家上网用的RSA加密，原理就是大数分解，经典计算机要分解一个大的质数乘积，要算几百年，但是量子计算机有个舒尔算法，能快速分解大数，真要是通用量子计算机出来了，现在这套加密体系就废了。所以现在全世界都在研究抗量子密码，就是提前把下一代加密标准做出来，等量子计算机真能破解了，我们直接换就行，这个其实已经在推进了，很多网站已经开始测试抗量子加密算法了。
当然，也有很多炒概念的，什么用量子计算给奶茶店做排班，给网约车派单，其实这些问题经典计算机算得好好的，根本用不着量子，就是蹭热度拿融资而已。很多人说量子计算会取代经典计算机，怎么可能？你刷抖音聊微信，经典计算机又快又省电，犯不着用量子啊，未来肯定是经典计算机干日常的活，遇到经典算不动的问题，再扔给量子计算机算，就是分工不同，谁也取代不了谁。
那天从实验室出来，师兄请我喝了南京本地的冰奶茶，我捧着杯子，吹着秦淮河边上的风，就觉得这事挺有意思的。我们总喜欢把新技术要么吹上天，要么踩成骗子，其实量子计算研究就是一个还在成长的孩子，你不能要求它刚生下来就能跑，也不能说它未来长不大，就说它是骗子。现在它还在实验室的杜瓦瓶里待着，慢慢攒着技术，说不定哪天，它就真的出来改变世界了，只不过那一天，可能不是明年，也不是后年，可能还要等二三十年，甚至更久。至于我们普通人，就别凑什么量子养生的热闹，安安心心等着就行，真要用得上的时候，自然就到我们身边了。