在近日的美國物理學(xué)會上，Goggle實驗室的公布了***一代量子處理器Bristlecone，Bristlecone是一款72位量子位處理器，錯誤率只有1%。這款處理器不僅能夠幫助科學(xué)家們進(jìn)行量子模擬的探索，還能夠在量子機(jī)器學(xué)習(xí)上有所應(yīng)用。

最為重要的是，Google實驗室謹(jǐn)慎且樂觀的認(rèn)為：如果一切運行良好的話，量子霸權(quán)將在未來幾個月到來。

為何我們需要量子計算機(jī)

按照摩爾定律，計算機(jī)的計算力將永遠(yuǎn)增長，但事實并非如此。

隨著工藝的提升，CPU的工藝在納米級上越來越小，它有可就會變成一個原子大小，而任何納米管和傳統(tǒng)工藝都將對此毫無辦法。此外晶體管數(shù)量的增加會帶來很多問題，晶體管之間的漏電情況加劇，影響晶體管的正常工作，同時芯片會消耗更多的電力，產(chǎn)生更多的熱量。

晶體管增長（圖源：維基百科）

聰明的你可能會想到，為什么不增大CPU的面積以放下更多的晶體管呢？事實是，更大的表面積在帶來更好散熱效果的同時，也需要更大的電壓來驅(qū)動，適得其反。

在算法上，經(jīng)典計算機(jī)也存在著局限性：經(jīng)典計算機(jī)在運算時只有“0"、“1”兩種狀態(tài)，這種運算方式計算常規(guī)數(shù)學(xué)模型上不會有任何問題，但遇到了一些特定場景上就無能為力了。比如化學(xué)反應(yīng)中的分子的變化，每個分子的變化都會影響到其它分子，它們的變化規(guī)律不是0.1.2.3.4.5，而是同時從0變成了5，運算量呈指數(shù)爆炸級增長。

所以說經(jīng)典計算機(jī)面臨危機(jī)是必然的，人類世界日益增長的計算需求與落后的計算能力之間的矛盾也勢必變得越來越突出，量子計算機(jī)也成了各大科技公司必爭之地。

Google量子計算機(jī)偉大之處

量子計算機(jī)的原理解釋起來相當(dāng)困難，簡單來說，在量子信息中有一個名詞叫“量子比特”，量子比特可以制備在兩個邏輯狀態(tài)的疊加體，它可以同時存儲“0”"1"。如果是N個量子比特，理論上可以同時存儲2^ N的數(shù)據(jù)。比如250個量子比特可存儲的數(shù)據(jù)就是2^ 250，這個數(shù)字比已知宇宙所有原子加起來還要多。

量子計算機(jī)在進(jìn)行運算時，可以同時計算2^ N的數(shù)學(xué)運算，相當(dāng)于經(jīng)典計算機(jī)要重復(fù)2^ N的計算，由此可見，量子計算機(jī)可以節(jié)約大量的時間和計算單元。

那么同樣是量子計算機(jī)，為什么這次Bristlecone如此引人矚目？這里面有必要科普一下量子霸權(quán)（又稱量子優(yōu)越性），即50量子比特的量子計算機(jī)優(yōu)于現(xiàn)在的任何一臺經(jīng)典計算機(jī)。達(dá)到量子霸權(quán)才算真正意義的量子計算機(jī)。

錯誤率和量子比特的關(guān)系

我們知道量子的狀態(tài)是非常不穩(wěn)定的，所以僅有50個量子比特是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因為量子比特的量子糾纏會出錯，只有足夠多的量子比特和低的錯誤率才能實現(xiàn)真正意義的量子霸權(quán)。根據(jù)Google的說法，當(dāng)量子計算機(jī)的錯誤率低于1%，數(shù)量接近100個量子比特時就才可以達(dá)到量子霸權(quán)。

左圖為Bristlecone，右圖為量子比特結(jié)構(gòu)

目前來看，在錯誤率上，谷歌在72位量子計算機(jī)上已經(jīng)實現(xiàn)了這個目標(biāo)，單量子比特門為0.1%，雙量子比特門為0.6%，無論是量子比特的數(shù)量還是錯誤率，Google再次領(lǐng)先全世界，接下來就看IBM和微軟的了。

量子計算機(jī)可輕易破解比特幣

目前量子計算機(jī)只在科研領(lǐng)域有所應(yīng)用，但如果真如Google實驗室所言，Bristlecone能達(dá)到量子霸權(quán)，那么比特幣等基于區(qū)塊鏈技術(shù)的虛擬貨幣可能將被破解。

我們知道礦工挖礦就是使用SHA-256哈希函數(shù)為每個區(qū)塊計算一個隨機(jī)數(shù)，這個過程所得到的結(jié)果非常容易被驗證，但是很難被找到。

而就像上面所說，比特幣的規(guī)定是處理得更多的那個區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈，另一個區(qū)塊則作廢。舉個例子，這就像于在一個賬簿里有51個人說你在銀行存了100塊錢，而49個人說你存了50塊錢，這種情況下，區(qū)塊鏈算法少數(shù)服從多數(shù)，銀行認(rèn)為你存了100塊錢是真，存了50塊錢是假。

所以一旦一位礦工擁有51%的算力，其他后續(xù)礦工將無法繼續(xù)獲得比特幣。

未來隨著量子計算機(jī)量子比特的增長，區(qū)塊鏈采用的非對稱密碼算法，即公鑰密碼系統(tǒng)也會受到更大的威脅。

通過使用量子計算機(jī)，可以很容易地反過來運行用公鑰推定私鑰的過程，每個人的私鑰都會被量子計算機(jī)輕易地推斷出來。外媒Motherboard認(rèn)為一個4000量子比特的量子計算機(jī)就可以瓦解區(qū)塊鏈，也就是說哪個人或團(tuán)隊先做出并應(yīng)用這樣的量子計算機(jī)就可以解出并驗證每一筆交易，未來會產(chǎn)生的還未流通的所有加密貨幣都會被其壟斷，加密貨幣的信任系統(tǒng)將被瓦解。

嚴(yán)格意義上講，量子計算機(jī)的問世會威脅到現(xiàn)有體系所有的加密學(xué)，將改寫整個金融和銀行業(yè)的安全防護(hù)。

當(dāng)然，需要補(bǔ)充一點的是，關(guān)于量子計算機(jī)能否取代經(jīng)典計算機(jī)的問題，很多科學(xué)家對此都表示否定。因為量子計算機(jī)的計算特點決定了它只能應(yīng)用在少部分領(lǐng)域中，而經(jīng)典計算機(jī)的工作范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過量子計算機(jī)。

***提醒區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)者，雖然現(xiàn)在量子計算機(jī)仍然處于萌芽時期，達(dá)到技術(shù)成熟還有很遠(yuǎn)，但是各位要從現(xiàn)在開始警惕量子計算機(jī)這個怪獸了，它將顛覆世界。