量子計算將顛覆未來？AI、通訊、區(qū)塊鏈多領(lǐng)域激發(fā)無限可能

　　最近，阿里宣布研發(fā)出量子電路模擬器“太章”，這也讓量子計算再掀高潮。具有高速運算優(yōu)勢的量子計算機，未來如果得到普及，將對人工智能、生技醫(yī)療、區(qū)塊鏈、通訊領(lǐng)域帶來沖擊與改變。量子計算機的厲害之處，在于它可以在很短的時間內(nèi)，解決本來需要耗費數(shù)十年，甚至好幾個世代才能解決的問題，雖然目前仍面臨許多障礙與困難，但在可預(yù)期的未來中，這項新科技將顛覆未來世界，帶來無限可能。至于會是哪些形式呢?小智君接下來就帶大家去看一看。

　　人工智能

　　量子計算機擁有極快的運算能力，將能大大顛覆人工智能的發(fā)展以及其應(yīng)用場景，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)計算機所不能解決的問題。

　　舉個例子，未來量子芯片將能讓人工智能邁向行動化，不論是無人機、手機、無人車，都有很大可能借助于量子運算系統(tǒng)，實時應(yīng)對各種狀況并及時處理資料。如果量子計算機可以克服只能在低溫環(huán)境下運作的特性，那么就有機會提升其資料傳輸效率，甚至透過量子系統(tǒng)加速機器學(xué)習(xí)速度。

　　眾所周知，新藥研發(fā)是一條漫長且費用極高的過程，必須通過臨床實驗、主管單位核準(zhǔn)等繁復(fù)過程，往往需耗費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，化學(xué)家必須嘗試、評估各種組合，才能知道哪種配方可以對疾病有功效，這需要大量的時間、精力不斷嘗試，量子計算機高速的運算特性，可以大幅縮短藥品研發(fā)流程，可以協(xié)助人類快速檢查藥品配方、計算出最適合的成分。

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

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

　　同時，以人工智能對藥物分子物理、化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測，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、隨機的因素，也就是，用人工智能的“先見之明”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，量子計算不僅能提升效率，還可以減少人為失誤，能在最短的時間針對疾病，設(shè)計出最有療效的藥品，將可大幅縮減藥品的研發(fā)成本與加快上市時間。

　　加密貨幣市場受威脅

　　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，許多人會通過“挖礦”的方式來獲得虛擬貨幣。那么擁有高速運算能力的量子計算機，如果加入挖礦行列，有沒有可能憑借其運算優(yōu)勢讓比特幣市場瓦解呢?

　　對此，新加坡國立大學(xué)資工系教授Divesh Aggarwal博士曾進行研究，將未來十年量子計算機運算能力的預(yù)測，與目前傳統(tǒng)計算機硬件的運算能力做比較，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，量子計算機瓦解挖礦的狀況暫時還不會太快發(fā)生。不過，在十年后量子計算機的“挖礦”速度將大幅提升。

　　同時，對于最近一直被廣為傳播的“4000量子比特的量子計算機能瓦解區(qū)塊鏈”的說法，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憑。

　　“這個是有依據(jù)的，是比對了枚舉法破解區(qū)塊鏈所需要的計算能力和4000個量子比特的計算能力之后做出的判斷。當(dāng)然要求也很高，需要4000個量子糾纏的比特，同時要保證極低的錯誤率。”

　　此外，加密貨幣本身的安全性恐怕也將成問題，目前比特幣透過私鑰以及公開的公鑰進行加密，交易時可以在不公開私鑰的情況下，通過數(shù)位簽章驗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)”，而量子計算機有能力解開大部分加密技術(shù)。

　　隨著量子計算機技術(shù)的演進，將會對現(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年被量子計算機徹底破解，因此目前美國、日本為了因應(yīng)量子計算機時代，都開始投入新密碼架構(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)，意思是幾個粒子彼此作用后，每個粒子所有的特性都會綜合成為整體性質(zhì)，無法單獨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)家愛因斯坦(Albert Einstein)曾稱量子糾纏是“鬼魅般的超距作用”。

　　如何長距離傳輸纏結(jié)光子，一直是量子加密通訊一大難題，中國在2016年8月發(fā)射量子衛(wèi)星“墨子號”，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)，因此若能有所進展，將能從根本解決信息安全問題，避免黑客攻擊和竊聽。

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

　　因此在國防、政務(wù)、金融等方面，甚至銀行轉(zhuǎn)款、個人隱私保護方面都可以起到比較好的作用。此外，量子計算還是非常強大的計算工具，可以來解決一些傳統(tǒng)經(jīng)典計算機解決不了的問題，比如氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、物理材料的設(shè)計等。

　　量子密鑰分發(fā)就象是一個人要把寶物交付給另一個人，需要同時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啟箱子的工具，一旦鑰匙被動過手腳，寶物持有者就會發(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的。

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

　　量子計算的競爭2018年，量子計算能力的競爭已拉開帷幕，但是還存在一個懸念，那就是誰能率先突破50量子位的“量子霸權(quán)”標(biāo)志。所謂的“量子霸權(quán)”，指的是量子計算機的計算能力超過傳統(tǒng)計算機，實現(xiàn)相對于傳統(tǒng)計算機的“霸權(quán)”。有觀點認(rèn)為，50量子位的量子計算機就能實現(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算合作，有望在2021年前推出首個在金融領(lǐng)域的量子計算應(yīng)用。而量子計算的另一領(lǐng)先者——谷歌正在開發(fā)有49個量子位的機器，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，其達摩院量子實驗室研發(fā)出目前世界上最強的量子電路模擬器“太章”，率先模擬了81比特40層作為基準(zhǔn)的谷歌隨機量子電路。

　　作為一個全新的技術(shù)，量子計算始終是科研熱點。2018年3月谷歌發(fā)布研制全球首款72比特量子計算機的計劃， 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”一大特點是通信開銷極小，從而可以從阿里集團平臺的在線集群算力完成舉世無雙的模擬。在64比特40層的模擬中，“太章”只需要兩分鐘并只使用14%阿里平臺的計算資源即可完成。

　　“很顯然，建造量子計算機現(xiàn)在是一個世界范圍內(nèi)的競賽。”美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森(Scott Aaronson)說?；蛟S，在未來一年左右我們將看到誰會是贏得這場競賽的勝者。