從智能型手機(jī)到超級(jí)計(jì)算機(jī)，傳統(tǒng)的電子計(jì)算設(shè)備已經(jīng)深深融入我們的日常生活和科學(xué)研究中。然而，科技的發(fā)展永無(wú)止境，一種全新的計(jì)算范式正在崛起——量子計(jì)算機(jī)。這項(xiàng)突破然而，正如 Google 最新的突破性研究所示，我們距離真正實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的全部潛力還有很長(zhǎng)的路要走。

　　量子計(jì)算的基本原理

　　量子計(jì)算機(jī)利用量子力學(xué)原理進(jìn)行運(yùn)算，使用量子位（qubit）而非傳統(tǒng)的位（bit）。量子位的獨(dú)特之處在于它可以同時(shí)處于多種狀態(tài)的迭加態(tài)，這種「量子迭加」特性使得量子計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行大規(guī)模的并行計(jì)算。另一個(gè)關(guān)鍵概念是量子糾纏，它允許量子位之間建立特殊的關(guān)聯(lián)，提高計(jì)算效率。

　　Google 的 Willow 量子芯片：突破與限制并存

　　最近，Google 宣布了其最新的量子計(jì)算突破：Willow 芯片。這款新型量子處理器號(hào)稱能在 5 分鐘內(nèi)解決一個(gè)需要世界上最快超級(jí)計(jì)算機(jī)花費(fèi) 10 澗年（即102?年，26位數(shù)字）才能完成計(jì)算挑戰(zhàn)。這無(wú)疑是一個(gè)令人印象深刻的成就，展示了量子計(jì)算的巨大潛力。然而，Google Quantum AI 的負(fù)責(zé)人 Charina Chou 向接受外媒訪問(wèn)時(shí)表示，Willow 芯片「無(wú)法破解現(xiàn)代密碼學(xué)」。盡管 Willow 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 105 個(gè)物理量子位的計(jì)算能力，但要真正破解如 RSA 等現(xiàn)代加密系統(tǒng)，估計(jì)需要大約 400 萬(wàn)個(gè)物理量子位。Chou 進(jìn)一步指出，我們至少還需要 10 年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　量子計(jì)算機(jī)與密碼學(xué)的關(guān)系

　　量子計(jì)算對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)的潛在威脅一直是業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)。2022 年，白宮曾警告稱，一旦出現(xiàn)「密碼分析相關(guān)量子計(jì)算機(jī)」（CRQC），可能會(huì)危及民用和軍事通訊、破壞關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控系統(tǒng)，并擊敗大多數(shù)基于互聯(lián)網(wǎng)的金融交易的安全協(xié)議。

　　為應(yīng)對(duì)這潛在威脅，包括 Google 在內(nèi)的多家公司正在開(kāi)發(fā)后量子密碼學(xué)（PQC）技術(shù)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）也于今年 8 月發(fā)布了三種最終算法和整合標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃在年底前再選擇一到兩種算法。

　　量子計(jì)算面臨的挑戰(zhàn)

　　盡管取得了重大進(jìn)展，量子計(jì)算仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)：j9游會(huì)真人游戲第一品牌

　　1. 量子退相干：量子系統(tǒng)極易受到環(huán)境干擾。

　　2. 錯(cuò)誤校正：量子計(jì)算中的錯(cuò)誤率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)計(jì)算。

　　3. 擴(kuò)展性：增加量子位數(shù)量會(huì)指數(shù)級(jí)地增加系統(tǒng)復(fù)雜度。

　　4. 操作溫度：許多量子系統(tǒng)需要在極低溫下運(yùn)行。

　　5. 量子算法開(kāi)發(fā)：需要特定的算法來(lái)充分利用量子優(yōu)勢(shì)。

　　未來(lái)展望

　　雖然 Google 的 Willow 芯片展示了量子計(jì)算的巨大潛力，但它也凸顯了我們距離實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)還有很長(zhǎng)的路要走九游會(huì)j9官網(wǎng)真人游戲第一品牌。各國(guó)政府和科技巨頭持續(xù)大力投資量子計(jì)算研究，量子時(shí)代的來(lái)臨可能比我們想象的更快。

　　然而，要認(rèn)識(shí)到，量子計(jì)算機(jī)并不會(huì)完全取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，而是在特定領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)計(jì)算形成互補(bǔ)。隨著研究深入，我們有望看到更多量子技術(shù)突破，但同時(shí)也需要謹(jǐn)慎評(píng)估其潛在影響，特別是在密碼學(xué)和信息安全領(lǐng)域。

　　*本文配圖由丁老師使用AI作圖生成