量子计算：密码学、比特币和黑客的革命性应用

量子计算基于物理学，使用不同的体系结构，不仅运算速度更快，而且还能完成更复杂的渲染，生成更细微的结果。普通计算机将信息存储为 1 或 0，而量子计算机却是使用量子纠缠和叠加（quantum entanglement and superposition），以不同的方式来处理信息。

例如，量子计算不仅能生成二进制输出，而且可以进行更多的定性分析。它可以为同一个问题提供多个答案，例如，将概率分配给不同的结果，而不是只提供单一的解决方案。

此外，量子计算使得包括机器学习在内的人工智能应用速度显著提升。许多科技巨头如微软和谷歌等对量子计算长期项目投资感兴趣背后的重要原因，是建立一个全新基础架构的潜力。量子计算让之前不切实际的计算和计算机思维变得可能，可以同时执行比“可观测宇宙中的原子数量”更多的计算。

在量子计算中，每一个二进制数据都是唯一、自包含和编码的。目前，数字计算只能有两种状态，开 / 关或是 / 否。

伯恩斯坦表示，由于量子计算可能成为高级密码学的“游戏规则改变者”，因此阿伦·图灵（alan turing）终于找到了旗鼓相当的伙伴，解决以前无法破解的难题。

尽管报告中没有具体提到比特币，作为新架构强大功能的例证，用现在的数字计算机可以在很短时间内解决这种密码难题。对于从事数字安全领域的人来说，他们也有必要了解量子计算可以用来破解基于数学的数字安全协议这一事实。

伯恩斯坦的报告关注的是量子计算对社会具有积极影响的一面，例如量子计算机可以帮助确定癌症病变，以及通过望远镜和深空应用收集的数据来发现类地行星。

随着量子计算技术的发展，人工智能和机器学习改变技术格局的影响会越来越明显，但是谁能从中受益，以及如何实现这一目标，则可能会使这一领域获得投资变得困难。

量子计算：对现有架构不造成威胁

大公司可能会涉足量子计算，但不会很快影响他们的基础业务。

伯恩斯坦认为，那些正在开发量子计算环境和软件的公司可能会占有优势，但是这些投资可能需要耐心才能得到回报。

由于量子计算机使用的事“完全不同的”计算机体系结构，因此需要完全不同的开发范例。这可能会给软件公司创造“巨大的机会”，但是大家关注的焦点仍然还是是否有进展。量子计算不太可能替代现有的数字计算机体系结构，而是被用于那些不需要对目前采用的整个基础结构进行重新编程，比较前沿的新型应用程序。

现有的企业管理应用程序（erp）不太可能受到影响，因为给“完全不同”的架构编写解决方案的成本，不会带来相应的投资回报，除非计算速度快到足以带来快速的回报。预计将会产生变个性影响的应用程序将是与人工智能、物联网和大数据分析等前沿领域领的程序。

虽然这些技术可能需要时间才能够变现，但一旦开始，竞争将会变得激烈，供应链中将出现早期的应用。

科技巨头之间的量子计算之争

科技巨头是前沿科技的领跑者，在量子计算这一技术上也一样。ibm、谷歌、intel 和旧金山的一家创业公司 rigetti 正在竞相建立各自的量子系统。这些机器利用量子物理学的违反直觉的特性，以与传统计算机不同的方式处理信息。

今年 11 月，ibm 树立了计算领域的一个里程碑，宣布建成一台能够处理 50 量子比特或量子位的量子计算机。该公司还在其云计算平台上线了一个 20 量子比特的系统。

ibm 研究量子计算由来已久，该公司的研究人员创建了量子信息处理领域，并在该领域进行了几十年的基础研究。在可用性量子系统方面，ibm 也取得了重大进展，首先是实现云计算可以访问量子计算机，开发相关的软件工具，其次是证明一个简单的机器可以在化学等领域的用途。

近年来，谷歌对量子计算的兴趣也大增。2017 年 10 月 24 日，继开源 tensorflow、caffe 等深度学习开发框架后，谷歌在自己的官方博客上宣布，开源量子计算软件 openfermion，从而让科学家更方便的使用量子计算机。

谷歌称，这次开放的是 openfermion 的源代码，可供用户免费使用，化学家和材料学家可以利用谷歌软件改编算法和方程，使之能在量子计算机上运行。事实上，谷歌开源的做法也是量子计算机领域目前的趋势，ibm、英特尔、微软和 d-wave 等公司都曾宣布开放自己的量子计算平台，使之能促进量子计算的商业化运行。

另外，在一篇发布于 nature 的文章中，google 发表了一份关于量子优越性（quantum supremacy）的声明，公开了 google 对于证明量子计算机拥有超越传统计算机任务执行能力的计划。计划的关键点是建立 50 量子比特的量子计算器（50-qubit processors）来解决量子采样问题。

据《新科学人》（news scientist）报道，google 已经成功地模拟 9 量子比特（9-qubit quantum）量子计算机实现了量子采样，目前正在积极打造一个 50 量子比特的量子计算机。 主要挑战在于，随着量子比特数目的增加，如何能够保持低误码率（error rate），这是也量子可扩展性的主要问题。 谷歌的工程师 alan ho 解释说，谷歌目前正在建立一个量子系统，预计能够在年底前达到至少 99.7％的双量子保真度（two-qubit fidelity）。

尽管 ibm 已经建成一台能够处理 50 量子比特的量子计算机，但这并不意味着量子计算已经可以被普遍采用。因为 ibm 开发的系统仍然和其他公司构建的系统一样非常挑剔且具有挑战性。在 50 和 20 量子比特的系统中，量子态存在了 90 微秒，虽然打破了业界记录，但时长仍然十分短暂。

尽管如此，50 量子位系统的建成是量子计算机发展的重要标志。迄今为止，其他建成的系统性能有限，只能完成一些在传统的超级计算机上也可以进行的计算。而一个 50 量子比特的机器可以做到非量子计算技术无法企及的任务。

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