最近，阿里宣布研發(fā)出量子電路模擬器“太章”，這也讓量子計(jì)算再掀高潮。具有高速運(yùn)算優(yōu)勢(shì)的量子計(jì)算機(jī)，未來(lái)如果得到普及，將對(duì)人工智能、生技醫(yī)療、區(qū)塊鏈、通訊領(lǐng)域帶來(lái)沖擊與改變。量子計(jì)算機(jī)的厲害之處，在于它可以在很短的時(shí)間內(nèi)，解決本來(lái)需要耗費(fèi)數(shù)十年，甚至好幾個(gè)世代才能解決的問(wèn)題，雖然目前仍面臨許多障礙與困難，但在可預(yù)期的未來(lái)中，這項(xiàng)新科技將顛覆未來(lái)世界，帶來(lái)無(wú)限可能。至于會(huì)是哪些形式呢？小智君接下來(lái)就帶大家去看一看。

　　人工智能

    量子計(jì)算機(jī)擁有極快的運(yùn)算能力，將能大大顛覆人工智能的發(fā)展以及其應(yīng)用場(chǎng)景，此外，根據(jù)它可以快速處理大量信息的特性，還能解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所不能解決的問(wèn)題。

　　舉個(gè)例子，未來(lái)量子芯片將能讓人工智能邁向行動(dòng)化，不論是無(wú)人機(jī)、手機(jī)、無(wú)人車(chē)，都有很大可能借助于量子運(yùn)算系統(tǒng)，實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)各種狀況并及時(shí)處理資料。如果量子計(jì)算機(jī)可以克服只能在低溫環(huán)境下運(yùn)作的特性，那么就有機(jī)會(huì)提升其資料傳輸效率，甚至透過(guò)量子系統(tǒng)加速機(jī)器學(xué)習(xí)速度。

　　眾所周知，新藥研發(fā)是一條漫長(zhǎng)且費(fèi)用極高的過(guò)程，必須通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)、主管單位核準(zhǔn)等繁復(fù)過(guò)程，往往需耗費(fèi)十年之久才能正式上市。

　　一款藥品是各種化學(xué)成分之間的組合交錯(cuò)，化學(xué)家必須嘗試、評(píng)估各種組合，才能知道哪種配方可以對(duì)疾病有功效，這需要大量的時(shí)間、精力不斷嘗試，量子計(jì)算機(jī)高速的運(yùn)算特性，可以大幅縮短藥品研發(fā)流程，可以協(xié)助人類(lèi)快速檢查藥品配方、計(jì)算出最適合的成分。

　　中國(guó)的XtalPi晶泰科技就是這樣一家公司，致力于將量子化學(xué)計(jì)算與人工智能相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于藥物研發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。他們的切入點(diǎn)是化學(xué)藥物的“固相”研發(fā)——包括晶型、鹽、水合物的預(yù)測(cè)和篩選。

　　詳細(xì)地講，通過(guò)量化計(jì)算的方法和深度學(xué)習(xí)的技術(shù)，晶泰科技能計(jì)算出化合物所有可能的晶體結(jié)構(gòu)，再通過(guò)迭代優(yōu)化，最終鎖定動(dòng)力學(xué)中最具穩(wěn)定性、最適合成藥的固相、晶型。

　　同時(shí)，以人工智能對(duì)藥物分子物理、化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測(cè)，在后續(xù)的研發(fā)中優(yōu)先選擇那些藥物性質(zhì)最有可能成功的候選和固相，從而降低研發(fā)決策中盲目、隨機(jī)的因素，也就是，用人工智能的“先見(jiàn)之明”解決藥物研發(fā)的“后顧之憂”，讓研發(fā)科學(xué)家的研發(fā)決策更加有的放矢。

　　總之，量子計(jì)算不僅能提升效率，還可以減少人為失誤，能在最短的時(shí)間針對(duì)疾病，設(shè)計(jì)出最有療效的藥品，將可大幅縮減藥品的研發(fā)成本與加快上市時(shí)間。

　　加密貨幣市場(chǎng)受威脅

    區(qū)塊鏈最為人所知的應(yīng)用之一便是“加密貨幣”。在近年掀起熱潮中，許多人會(huì)通過(guò)“挖礦”的方式來(lái)獲得虛擬貨幣。那么擁有高速運(yùn)算能力的量子計(jì)算機(jī)，如果加入挖礦行列，有沒(méi)有可能憑借其運(yùn)算優(yōu)勢(shì)讓比特幣市場(chǎng)瓦解呢?

　　對(duì)此，新加坡國(guó)立大學(xué)資工系教授Divesh Aggarwal博士曾進(jìn)行研究，將未來(lái)十年量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的預(yù)測(cè)，與目前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件的運(yùn)算能力做比較，結(jié)果顯示現(xiàn)有的硬件在十年內(nèi)仍能在速度上占有優(yōu)勢(shì)，量子計(jì)算機(jī)瓦解挖礦的狀況暫時(shí)還不會(huì)太快發(fā)生。不過(guò)，在十年后量子計(jì)算機(jī)的“挖礦”速度將大幅提升。

　　同時(shí)，對(duì)于最近一直被廣為傳播的“4000量子比特的量子計(jì)算機(jī)能瓦解區(qū)塊鏈”的說(shuō)法，中科院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心研究員吳振華表示這并非空口無(wú)憑。

　　“這個(gè)是有依據(jù)的，是比對(duì)了枚舉法破解區(qū)塊鏈所需要的計(jì)算能力和4000個(gè)量子比特的計(jì)算能力之后做出的判斷。當(dāng)然要求也很高，需要4000個(gè)量子糾纏的比特，同時(shí)要保證極低的錯(cuò)誤率?！?/p>

　　此外，加密貨幣本身的安全性恐怕也將成問(wèn)題，目前比特幣透過(guò)私鑰以及公開(kāi)的公鑰進(jìn)行加密，交易時(shí)可以在不公開(kāi)私鑰的情況下，通過(guò)數(shù)位簽章驗(yàn)證持幣者是否持有私鑰，這種技術(shù)稱為“橢圓曲線數(shù)位簽章算法(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)”，而量子計(jì)算機(jī)有能力解開(kāi)大部分加密技術(shù)。

　　隨著量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的演進(jìn)，將會(huì)對(duì)現(xiàn)在的加密技術(shù)安全性產(chǎn)生威脅，Aggarwal博士更斷言，現(xiàn)行的橢圓曲線數(shù)位簽章算法將可能在2027年被量子計(jì)算機(jī)徹底破解，因此目前美國(guó)、日本為了因應(yīng)量子計(jì)算機(jī)時(shí)代，都開(kāi)始投入新密碼架構(gòu)的研發(fā)。

　　量子通訊

    “量子力學(xué)傳送”在十多年前仍只是理論階段，量子傳送必須以“量子糾纏”為基礎(chǔ)，意思是幾個(gè)粒子彼此作用后，每個(gè)粒子所有的特性都會(huì)綜合成為整體性質(zhì)，無(wú)法單獨(dú)描述各別粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，物理學(xué)家愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)曾稱量子糾纏是“鬼魅般的超距作用”。

　　如何長(zhǎng)距離傳輸纏結(jié)光子，一直是量子加密通訊一大難題，中國(guó)在2016年8月發(fā)射量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”，任務(wù)之一就是從衛(wèi)星向地面發(fā)射糾纏量子，由于量子通訊的安全性是基于量子物理的基本原理，而非一般的加密技術(shù)，因此若能有所進(jìn)展，將能從根本解決信息安全問(wèn)題，避免黑客攻擊和竊聽(tīng)。

　　2017年中國(guó)研究人員表示，“墨子號(hào)”順利從太空傳送了“無(wú)法破解的”高速量子密鑰，被稱為“中國(guó)量子之父”的物理學(xué)家潘建偉表示，量子密鑰分發(fā)是目前人類(lèi)唯一已知不可竊聽(tīng)、不可破譯的安全通訊方式。

　　因此在國(guó)防、政務(wù)、金融等方面，甚至銀行轉(zhuǎn)款、個(gè)人隱私保護(hù)方面都可以起到比較好的作用。此外，量子計(jì)算還是非常強(qiáng)大的計(jì)算工具，可以來(lái)解決一些傳統(tǒng)經(jīng)典計(jì)算機(jī)解決不了的問(wèn)題，比如氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)、物理材料的設(shè)計(jì)等。

　　量子密鑰分發(fā)就象是一個(gè)人要把寶物交付給另一個(gè)人，需要同時(shí)將放置寶物的箱子以及鑰匙一起交出，而鑰匙正是唯一可以開(kāi)啟箱子的工具，一旦鑰匙被動(dòng)過(guò)手腳，寶物持有者就會(huì)發(fā)現(xiàn)并將原本的鑰匙作廢，并換一把新鑰匙，確保收到寶物的人是對(duì)的。

　　量子加密通訊采用“一次一密”機(jī)制，一旦量子密鑰被黑客攔截，自身狀態(tài)便會(huì)改變，攔截者將無(wú)法取得信息，而“墨子號(hào)”的實(shí)驗(yàn)，將為全球量子通訊奠定基礎(chǔ)。

　　量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)2018年，量子計(jì)算能力的競(jìng)爭(zhēng)已拉開(kāi)帷幕，但是還存在一個(gè)懸念，那就是誰(shuí)能率先突破50量子位的“量子霸權(quán)”標(biāo)志。所謂的“量子霸權(quán)”，指的是量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“霸權(quán)”。有觀點(diǎn)認(rèn)為，50量子位的量子計(jì)算機(jī)就能實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

　　2017年底，IBM宣布成功研制一款50量子位處理器原型，并與三星、摩根大通等公司建立量子計(jì)算合作，有望在2021年前推出首個(gè)在金融領(lǐng)域的量子計(jì)算應(yīng)用。而量子計(jì)算的另一領(lǐng)先者——谷歌正在開(kāi)發(fā)有49個(gè)量子位的機(jī)器，此外，英特爾和微軟在該領(lǐng)域也持續(xù)加大投入。

　　而中國(guó)在該領(lǐng)域也一直在不斷研究中。本月初，阿里巴巴消息稱，其達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出目前世界上最強(qiáng)的量子電路模擬器“太章”，率先模擬了81比特40層作為基準(zhǔn)的谷歌隨機(jī)量子電路。

　　作為一個(gè)全新的技術(shù)，量子計(jì)算始終是科研熱點(diǎn)。2018年3月谷歌發(fā)布研制全球首款72比特量子計(jì)算機(jī)的計(jì)劃， 但“太章”的出現(xiàn)打破了谷歌在此方面的霸權(quán)地位。據(jù)了解，“太章”一大特點(diǎn)是通信開(kāi)銷(xiāo)極小，從而可以從阿里集團(tuán)平臺(tái)的在線集群算力完成舉世無(wú)雙的模擬。在64比特40層的模擬中，“太章”只需要兩分鐘并只使用14%阿里平臺(tái)的計(jì)算資源即可完成。

　　“很顯然，建造量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在是一個(gè)世界范圍內(nèi)的競(jìng)賽?！泵绹?guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森(Scott Aaronson)說(shuō)。或許，在未來(lái)一年左右我們將看到誰(shuí)會(huì)是贏得這場(chǎng)競(jìng)賽的勝者。