量子计算为什么难

否，目前尚未出现真正通用的量子计算机，绝大多数“量子计算机”仍停留在实验室验证阶段，商用化至少还需要十年以上。

什么是量子计算，它跟电脑有什么关系？

• 传统计算机的每个比特只可以是0或1；
• 量子比特却能同时处于0、1或0与1的叠加态，就像《西游记》里孙悟空拔下一根毫毛，却可化出千百个分身同时工作；
• 这种并行处理让某些数学问题的求解速度，从“亿万年”压缩到几分钟，于是国家、资本、实验室为之疯狂。

 

三大核心技术门槛，把99%的研究机构挡在门外

1. “物理比特→逻辑比特”的炼金术

量子比特非常脆弱，任何温度扰动、电线震动，都会使叠加态瞬间坍缩——物理学家称之为“退相干”。
目前主流方案：

• 超导量子芯片需要接近绝对零度的20 mK冷箱；
• 离子阱方案要在超高真空、激光阵列帮助下，把单个离子像囚犯一样隔空囚禁。
  无论哪条路，从数百个“物理比特”中提取一个可靠的“逻辑比特”至少需要千倍冗余，而业界公认的实用级量子算法需要上千个逻辑比特，“原料”缺口高达百万级。

2. 量子比特如何“纠错”而不测塌

爱因斯坦曾调侃：“上帝不掷骰子。”但在量子世界，测不准是天然法则。
解决方案：

• 使用量子纠错码，把1个逻辑信息分散存储在多个物理比特；
• “观察”时不直接读数据比特，而用辅助比特探知错误模式；
• 整个纠错流程本身也会带来新的失真，需要“纠错的纠错”。据MIT实验，每进行一次逻辑运算就额外产生99.9%的损耗，目前尚未找到能突破盈亏平衡点的材料与器件组合。

3. 控制脉冲的精度，低于原子核震动时间

• IBM给出的参数：超导量子门的操控误差必须小于0.1%；
• 换算到时间，相当于在纳秒级窗口里对准一个会随机颤抖的原子核。
• 目前更先进的室温电子学仪器，时钟抖动就已接近或超过这个量级。解决路线有两条：低温CMOS、光电混合脉冲整形，但两者都受限于半导体工艺的量子极限，尚未有量产级方案。

 

为什么巨头依然砸重金？我的一点看法

如果量子计算最终落地，它将重写：

• 药品研发周期，从15年缩短到5年（摩根士丹利预测）；
• 材料科学，比如室温超导体的试错成本降到现在的1%；
• 金融体系，Shor算法可在一夜之间让基于大整数分解的RSA加密“退役”。
  任何国家、任何公司若在这场比赛掉队，其既有产业壁垒可能像冰墙遇到蒸汽一样瞬间蒸发。
  因此，现在砸钱更像买“末日保险”：即使只有1%成功概率，也需要提前部署。

 

小白常问的四个灵魂问题

Q：听说谷歌已实现“量子霸权”，是不是成功了？

A：谷歌用53个超导比特在200秒完成了一次无实用意义的随机采样，而经典超算需要2.5天。但200秒之后，芯片就会因退相干失效，离真正解决大规模优化问题还很远。量子霸权更像一场马拉松的“之一个补给站”，而非终点。

Q：中国有没有机会弯道超车？

A：中科大“九章”使用光量子路线在“玻色采样”任务上刷新记录，避免了极低温系统，但同样不具备编程通用性。我的判断：光量子适合特定算法加速器；超导与离子阱才是长期主干道。

Q：能不能用量子挖矿让比特币瞬间崩溃？

A：需要百万级容错比特。按照IMB路线图，2033年可能造出1万逻辑比特系统，距离威胁比特币还剩一个数量级。到那时， *** C协议早就能升级到抗量子算法，除非矿工集体怠惰。

Q：普通开发者需要现在开始学量子编程吗？

A：可以体验，无需深扎。IBM Q Experience已提供云端5比特真机，Qiskit一小时就能跑贝尔实验。把它当作业余乐高，保持“手感”，当行业拐点到来再全力投入不迟。

 

来自权威期刊的最新数据

• 2025年5月《Nature》综述：超导量子芯片相干时间平均值首次突破500微秒，仍低于实用算法的数十毫秒需求；
• 《中国科学》周报：国产首台“乾始”超导量子计算机，上线两个月内累计完成47万次远程实验任务，但用户程序平均深度不超过20个量子门；
• Gartner最新魔力曲线：2035年前企业级量子云服务进入“成熟期”的可能性为55%，低于去年预测的65%，原因是错误率下降速度低于摩尔定律外延。

“人类创造技术，而技术反过来雕刻人类社会。”——刘慈欣《三体》
量子计算就像三体人的“智子”，一旦出现，锁死的不是基础科学，而是旧有的计算范式。