导语：
近日，谷歌宣布将联合NASA等购入全球最先进量子计算机并建立量子人工智能实验室。量子计算机终于从科幻走进现实？本期《科技万有瘾力》将聊聊“只听楼梯响，不见人下来”的量子计算机。
在某些类型的测试中，量子计算机比传统计算机快1.1万倍
综述：
谷歌、NASA等将购入的量子计算机名为D-Wave Two，由一家致力于该领域的加拿大公司生产。其处理器达到了 512 量子位，售价1500万美元，是目前商用市场上最强大的量子计算机。
D-Wave Two特别擅长处理“优化”问题，将被应用在人工智能的一个分支——机器学习上。这将提高谷歌语音识别、图像识别和搜索的准确度。此外，作为首个实现商用的量子计算机系列，D-Wave将量子计算机从实验室引入大众视野功不可没——当然也没少用这个名头为自己吆喝。
D-Wave官网的广告极力强调“量子计算机”的概念
一般意义上的通用型量子计算机基于量子力学的基本原理，能够承载的运算数据量甚至能够超过全宇宙的粒子数目。但是，学界认为D-Wave公司的产品并非一般意义上的通用型量子计算机。距离“真正的”量子计算机问世，还将有10～30年的长路要走。
量子计算机的强大运算能力也存在潜在威胁：当人工智能借此获得自我意识、开始自主进化，将短时间内获得远超人类文明的智慧。机器文明被孕育诞生后，人类母文明或将被无情摧毁！
量子计算机将“孕生”天网？
量子计算机走进现实！
近日，谷歌、美国国家航空航天局（NASA）以及一所大学宣布将共同购入一台D-Wave Two量子计算机，并将利用这台计算机建立一个量子人工智能实验室。该实验室将于今年第三季度投入使用。
D-Wave的创始人罗斯与量子计算机的部件在一起
D-Wave旨在处理软件工程师所说的“优化”问题。D-Wave的创始人兼首席技术官乔迪·罗斯（Geordie Rose）认为几乎一切事情都跟优化有关，它是机器学习的基础，机器学习是人工智能的一个分支，是语音识别和产品推荐等技术的基础。
该量子计算机将有望提高谷歌的搜索结果以及语音识别、图像识别的准确度；NASA则利用量子计算机模拟太空气象、行星大气层、星系碰撞，研究磁动流体力学、超音速飞行器以及处理大量数据等；而大学的研究人员则可以更好地研究疾病、气候等问题。
谷歌的“神经网络”项目将受益于量子计算机，一些受“神经网络”支持的安卓、甚至谷歌眼镜的应用也将进而受益
上述这些还只是量子计算领域的一小部分，目前的使用重点将是研究如何使用、如何编写适合量子计算机计算的程序代码。
那么，量子计算机终于要从科幻走进现实了么？
D-Wave Two背后的公司
D-Wave Two的生产公司是一家名不见经传的加拿大小公司,公司的名字就叫D-Wave。自1999年以来，该公司就一直致力于量子计算机的研究。
D-Wave的创始人罗斯与量子计算机的部件在一起
2007年，该公司就发布了号称全球第一台商用量子计算机的原型机——采用16位量子比特处理器的Orion（猎户座）。当时有科学家预言：到真正生产商业化应用的机器还有至少 20 到 50 年的时间。
这位科学家很快就被打脸。2011年，D-Wave卷土重来发布了全新产品——D-Wave One，这一次它的处理器达到了128量子比特，比前代产品大大提升，一台售价高达1000万美元。
好东西军方先用？还是希德·马丁公司当了冤大头？
尽管近乎天价，D-Wave还是成功拿到了第一张订单，美国知名的军备制造商洛克希德·马丁已经购买了一台D-Wave One并将其用在一些复杂的项目上，比如F-35战斗机软件错误的自动检测。
2012年10月，D-Wave公司获得了来自亚马逊创始人及CEO贝索斯（Jeff Bezos）以及美国中情局（CIA）下属投资机构总计3000万美元的投资。
今年年初，D-Wave Two 量子计算机面世，其处理器达到了 512 量子位，是目前商用市场上最强大的量子计算机。其售价也随计算能力飙升，达到1500 万美元——然后就是本文开头发生的事情，获得了谷歌的订单。
量子计算机是什么？
那么，众巨头竞相为之折腰、被视为摩尔定律终结者的“未来计算机”——量子计算机究竟是什么？
量子计算机是基于量子力学的基本原理实现信息处理的革命性计算技术。
理查德·费曼 Richard Feynman（1918～1988）
量子计算机的设想最早是美国物理学家费曼于1982年提出的。他发现，分析模拟量子物理世界所需要的计算能力远远超过了经典计算机所能达到的能力，而用实验室中一个可控的量子系统（比如：一台量子计算机）来模拟和计算另外一个我们感兴趣的量子系统（比如：宇宙），会非常高效。
与传统计算机类似，我们完成量子计算所操纵的最基本单元也是比特，只不过是量子世界的“比特”。对于传统计算机来说，一个电路不是“开”就是“关”，相对应的一个传统比特不是0就是1。
宇宙不再无穷？
对于量子计算机来说，一个量子比特可以同时表示0和1，两个比特就能表示00、01、10、11四种状态（即2的2次方）。因此理论上，只要有300个量子比特，其承载的数据就能是2的300次方，这将超过整个宇宙的原子数量总和。而300个传统比特能够承载的数据只2的300倍。简而言之，量子计算机的运算能力将是目前传统计算机所无法比拟的。
D-Wave真的是量子计算机么？
上述“利用N个量子能够承载2的N次方的数据量”叫做“量子门电路”，是一般科学界所说的量子计算机的原理，但D-Wave并非基于这个原理。
量子比特原理图
D-wave的芯片利用的计算技术名为量子退火，与量子门电路是非常不同的。举例说，能在量子门电路上运行的、有可能瓦解一切密码的一种算法，实际上不能在D-wave的芯片上运行。
当然D-Wave声称，在处理“优化”问题的运算上，其产品胜过传统计算机还是毫无压力，谷歌这次购买D-Wave Two拥有超过传统计算机1万倍到5万倍的运算能力。
D-Wave的系统需要在绝对零度高千分之几度的极端低温下才能运作；图为D-Wave冷却和屏蔽装置的一部分
所以，严格意义来讲D-Wave并非一般说的量子计算机；并非通用的计算机，它只能作为传统计算机的辅助，解决一个特定的问题。但由于“优化”是一个牵涉广泛的问题，因此D-Wave还是大有用武之地。且期待谷歌和NASA联手建立的实验室的能放出什么大招吧。
当然，如果将量子计算机定义为关键的计算过程依赖于量子效应的计算机的话，D-Wave仍可以被称为量子计算机。D-Wave公司大打“量子计算机”旗号圈钱，也不算欺诈。
量子计算机何时能够普及？
在D-Wave大出风头的同时，还有其他的公司和研究机构在开发量子计算芯片。量子内存和量子交换机也正在研究中。
虽然理论上300个量子比特就能赋予计算机难以想象的运算能力，但现实中需要对计算过程进行纠错，所以需要很多个物理比特才能获得一个可容错的逻辑比特。估计需要大概1000个逻辑比特才能获得超越经典计算机的计算能力。目前人们已经实现了16个量子比特的通用量子理器距离1000个，还有很远的路要走。（D-Wave Two拥有512个量子比特，但无法进行通用量子计算。）
量子计算机运算能力预测图;用D-Wave公司创始人名字命名的“罗斯定律”将取代摩尔定律
距离一台靠谱的量子计算机出现所需时间，可以进行如下估计：1995年，2个量子比特的处理器诞生；15年过去了，这个数目增加了接近10倍。如果量子计算机的发展进程如同经典计算机一样，规模随时间指数递增的话，那么30年后，量子比特数会达到1000这个量级，通用的量子计算机有可能出现。
或许，我们无需等待这么久。去年2月，老牌巨头IBM宣布在量子计算领域再次取得重大进展。IBM公司估计，再用10到15年，就可以制成可靠的量子计算机。
去年，法国物理学家塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）和美国物理学家戴维·维因兰（David Wineland）被授予诺贝尔物理奖，以表彰他们提出了突破性的实验方法，使测量和操控单个量子体系成为可能，向着建造基于量子物理的新型超快计算机迈出了第一步。
塞尔日·阿罗什
戴维·维因兰
“若想研究21世纪的计算机——量子计算机，建议你报考物理系。”这是北京大学物理系赵凯华教授向高中生们打出的广告语。
量子计算会是潘多拉魔盒么？
量子计算机的强大运算能力在造福人类的同时，也将引发一系列的问题。
首当其冲的是密码安全问题。例如，如果想要解密一个1000位的密码，那么需要调用目前全球的计算资源才有可能实现。但是从理论上讲，一台量子计算机在几个小时内就能解决这一问题。在量子计算机面前，目前世界上最复杂的密码也会变得不堪一击。这意味着互联网上将不再有秘密可言，人类需要重新设立一套与现在完全不同的信息加密系统。
被量子计算机摧毁的将是传统二进制密码；而同样基于量子理论的“量子密码”号称永不可破解
其次，量子计算机或将开启人工智能“自主进化”的潘多拉魔盒。目前的整个互联网的计算机数目，大致上等于一个人脑的神经元数目，恐怕不足以支撑具有自我意识的人工智能；而未来的强力量子计算机，单机就将有近乎无限的运算能力。
《终结者》等科幻电影总喜欢造出一支大军来屠杀人类；而事实上，若真出现了高度智慧的机器人文明，“它”一定不会采用如此低效率的方法
并且，模仿人类的学习方式、创造力和判断力，正是量子计算机所擅长的运算——事实上，谷歌正打算将D-Wave Two用于解决人工智能问题。有一种观点认为：真正的人工智能不是由人类所制造，而是由机器人“自主进化”得来。一旦机器获得智能，将以远超过人类的迭代速度进化——对于血肉之躯的人类而言，一代至少是20年，而对于机器，可以在段时间内完成数万代的智慧进化。
目前的人类文明正在“爆炸式”，近现代数百年间发生的变化甚至超过了过去数万年。如果机器进化保持、甚至大大加快“爆炸”的话，数万代后的机器文明将达到极高的智慧程度，“它”看待人类，恐怕也就跟人类看待虫豸没差别吧。
另一种观点认为，人工智能的文明处在“快时间”中，对其而言人类的活动就像岩石的风化一样缓慢，根本不屑一顾
结语：
最后用一个段子结束本期《科技万有瘾力》。若干年后，残存的人类已不记得“天网”曾经叫做“谷歌”。一位小伙搭乘时间机器回到20世纪末。他没能摧毁如日中天的谷歌公司，只能忍辱负重为人类保留一片火种。这位勇敢的年轻人，姓方。
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