一面是即将迎来的指数级的数据爆发，一面是摩尔定律作用下的经典计算陷入瓶颈，算力不足将在长期内成为难题。作为革命性的新型计算技术，量子计算的核心优势是高速并行计算，具备超越传统计算的潜力。 虽然量子计算尚处于研发阶段，离落地仍有距离，但越来越多的企业和机构期待其能改变经济、产业和社会，率先进行布局。进入2020年，量子计算将进入技术攻坚期。而在产业侧，科技巨头主导的产业化加速变得更有看头。 商用量子计算机走在第一英里 谷歌是布局量子计算的领头羊，其在去年宣布实现“量子霸权”，这一消息更是帮助全民完成了量子计算的科学普及。 量子霸权一词由加州理工学院物理学家John Preskill发明，指“量子计算机在一些领域有传统计算机所不具有的能力”。2019年下半年，谷歌的研究人员宣称用Sycamore处理器实现了量子霸权——用约200秒完成了超级计算机需要一万年才能完成的特定计算任务。虽然谷歌遭到IBM指责，称超级计算机实际上只需要两天半就能完成这一计算任务，但谷歌的确证明了量子计算机的优势地位。 比起用50多个量子比特达到“量子霸权”，制造一台真正可用的量子计算机难度要大得多。大量模拟研究表明：只有在数百个甚至数千个量子位可靠运行的情况下，量子计算机才能比超级计算机更快地解决实际问题。 正如英特尔量子硬件主管 Jim Clarke所说：我们仍走在商用量子计算机马拉松的第一英里。 谷歌领头，国外科技巨头加速量子计算商用 谷歌、IBM、英特尔、微软及亚马逊是国外量子计算领域的主流玩家。不惜花费数千万研发资金的国外科技巨头们，都有着明确的目标——制造出可用的量子计算机，并将量子计算机应用到商业中。 走在前列的谷歌、IBM和英特尔都已经在硬件上有所作为。在2019年宣布实现量子霸权的谷歌，早在2014年就表示自己在开发量子计算机。IBM紧随其后，2016 年IBM 推出 IBM 6 量子比特原型机，2017 年，IBM 宣布了 20 量子位的量子计算机的问世。 在技术路线方面，科技巨头尚未取得共识。比如谷歌和IBM选择了超导回路路线，擅长硅材料的英特尔选取硅离子点，微软选取了拓扑量子比特路线。由于走超导路线的谷歌率先取得技术突破，超导路线已赢得较多信心。不过，选取技术路线依旧像是在下赌注——没人知道哪条技术路线指向真正可用的量子计算机。 在推动量子计算机商业应用并尝试构建产业生态方面，IBM的表现可圈可点。在2019年的CES 上，IBM宣布推出IBM Q System One，这是世界上首台独立的商用量子计算机。IBM的商业Q 系统面向付费客户，已经吸引了摩根大通、三星和埃克森美孚等知名企业。此外，IBM已经对金融、汽车、电子、材料等不同应用领域的全球合作伙伴开放量子计算云平台。 商用量子机该以何种形式提供给服务？目前来看，路线图已然更加清晰。从技术角度看，由于量子计算需要深度制冷，更适于放在公司的数据中心并通过网络租用。而从目前巨头们的做法来看，云服务的形式已获得认可。 2017年，Google已经开始让一些科研人员通过网络访问其量子计算机。较晚加入的亚马逊，宣布并推出了Amazon Braket的预览版，试图将量子计算这一新兴技术转变为一项可以通过互联网访问的服务。这些行动都极有可能在未来重塑云计算格局。 阿里、华为位列第一梯队，中国的BATH悉数到齐 国内最先布局量子计算的企业是阿里巴巴，阿里不仅是国内领头羊，也是国际范围内的重要玩家。2015年7月，阿里云和中国科学院建立了阿里巴巴量子计算实验室。与此同时，量子计算也是达摩院核心研究方向。 成果方面，2018年，达摩院量子实验室推出量子模拟器“太章”。2018年2月，阿里云推出了具有11个量子比特的量子计算云服务。此外，达摩院已经着手超导量子芯片和量子计算系统的研发，成为继IBM、微软、谷歌和英特尔之后，全球第五家启动量子硬件研发项目的大型科技企业。 同样较为领先的是华为，2018年，华为正式发布量子计算模拟和编程框架云平台HiQ云服务平台。 2017年，腾讯组建了量子实验室，香港中文大学计算机系任副教授张胜誉担任负责人。百度于2018年宣布成立量子计算研究所，计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所，并逐步将量子计算融入到业务中。 整体来看，国内巨头悉数到齐，其中，重视基础研究的阿里和华为领先一步，腾讯和百度位于第二梯队。 国外方面，虽然技术路线孰优孰劣尚无定论，但走在前列的IBM、谷歌和英特尔都已经研发出量子计算机。借助云计算的方式将量子计算机搬进商业场景获得验证，量子计算云服务前景可期，具备改写云计算格局的潜力。在应用与生态方面，也已有不少实践。国内方面，领头羊阿里云已经成为国际玩家，各个巨头布局研发的同时，积极寻找业务契合点。 纵览量子计算领域，虽然在技术层面，离实际可用的量子计算机仍有相当距离。但在产业界，巨头云集，国内外均呈现竞争趋于激烈的态势。从实验室里的秘密，到一步步走向商用世界，量子计算的商业图景面目也变得愈发清晰。 原文章作者：亿欧网，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

《中国经济周刊》 记者 王雨菲︱上海报道 （本文刊发于《中国经济周刊》2020年第1期） 2019年有两件事，把量子计算推向了人们关注的焦点。 一个是IBM公司在年初的国际消费类电子产品展览会（下称CES）上，展出了最新的量子计算机模型，把这项科技成果引入大众视线；另一个，则是谷歌在《自然》杂志上发文，宣告“量子霸权”，还因此引发了一系列口水战。 量子计算风头正劲 2019年1月9日，IBM的最新量子计算机被封在2.3米高的玻璃展示柜中展示，不少媒体称其看起来像一件精致的艺术品。当时，IBM宣称这台艺术品一般的Q System One量子计算机，是“世界上第一个为科学和商业用途而设计的，完全集成的通用量子计算系统”。 其实所谓“商用”，IBM传达的只是：把以往被关在数十平方米计算中心里的量子计算系统，做到了能够一体化交付的状态。但因其运行条件苛刻、冷却设备复杂，以及实用性缺乏等限制，它离真正意义上的商用还相去甚远。 谷歌宣告“量子霸权”更受瞩目。2019年10月23日，英国《自然》杂志上，谷歌发表了一篇标题为《Quantum supremacy using a programmable superconducting processor》（用可编程超导处理器实现的量子霸权）的论文，向世人宣告谷歌突破性成果，助其率先实现了量子霸权。 论文提到，谷歌团队研发出了一款由54个量子比特（qubits）组成的量子处理器，命名为“Sycamore”（译为：西克莫）。在团队设计的专属任务——对量子电路产生的随机数字进行采样的测试中，Sycamore约200秒的时间内从量子电路中采集了100万个样本（测试中有一个量子比特无法有效工作，实际只用了53个量子比特）。而据谷歌称，这一任务由一台尖端的超级计算机来完成需要约1万年。 “量子霸权”了吗？ 量子计算到底是什么？ 针对这个问题，上海交通大学集成量子信息技术研究中心主任金贤敏教授接受《中国经济周刊》采访时介绍称，量子计算机的思想可以追溯到20世纪80年代初。1981年，著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼在麻省理工学院发表题为“Simulating Physics with Computers”（用计算机模拟物理）的演讲，提出了利用量子特性来模拟物质世界中的实际问题，从而实现并行高效计算求解的设想。 金贤敏教授解释道，“量子”不是一个具体的粒子，而是泛指各种满足量子力学规律的体系。经典计算机是通过集成电路中电路的通断来实现0和1的区分，量子计算机的量子比特则通过量子的两态体系来表示0或1。与经典计算机中比特非0即1不同，量子比特是量子态叠加，它可以同时既是0又是1。它天然的并行性，对于很多计算任务可以实现加速效果。 量子霸权又是什么？ “量子霸权”（Quantum Supremacy）一词，最早由美国理论物理学家约翰·普雷斯基尔（John Preskill）创造。2012年，他在《Quanta》 （量子）杂志中将“量子霸权”定义为：当量子计算机做到了经典计算机做不到的事情时的关键节点，无论所做的任务是否有实际意义。 约翰·普雷斯基尔认为，按照谷歌论文中的说法，已满足了他当初表达的“量子霸权”状态。只是这个词本身，一方面由于“霸权”所带有的政治色彩歧义而被误解；另一方面加剧了对于量子技术发展现状的过度炒作。 金贤敏也认为，谷歌论文中的成果符合“量子霸权”的定义，是人类计算能力发展史上可圈可点的里程碑。但是，目前用来演示所谓“量子霸权”的代表性任务，只是以一种非常特殊的方式解决了一个非常具体的问题，金贤敏强调，“相比只是展示随机电路采样这样一个特定的优势算法，如何拓展挖掘更多更全面的实用量子加速算法更加具有广泛和实际意义。” 无独有偶，英特尔研究院院长理查德·乌利格（Richard Uhlig）也曾表示：“我认为量子计算真正的目标不是达成量子霸权，而是实现量子实用性。” 你可能不知道的中国量子计算 量子计算吸引着全球的科技巨头，各国都看好量子计算的潜力。我国的科研人员和企业自然不会例外，近年来在多个技术路径上探索。 2016年印发的“十三五”国家科技创新规划中，将量子通信与量子计算机列入“科技创新2030——重大项目”中；2017年“十三五”国家基础研究专项规划中，量子通信与量子计算机被列为“事关我国未来发展的重大科技战略任务”的首位。 此外，2020年计划开放安徽省合肥市量子信息科学国家实验室，这将是世界上最大的量子研究机构。从我国量子计算研究领域现状来看，金贤敏称，中国是量子计算的重要玩家，有多个研究团队与国外顶尖团队实力相近。 最新消息显示，2019年年底，潘建伟等与德国、荷兰的科学家合作，首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算，这是国际上最前沿的纪录。金贤敏补充道，发展光量子芯片技术，可以通过芯片上构建几百甚至几千的模式数来拓展量子计算资源，同样可以在诸如玻色采样等任务中演示所谓“量子霸权”，或者我们国内更常说的“量子优越性”。 借鉴国外“产学研用”的合作方式，国内首个量子计算产业联盟于2019年12月12日正式成立。联盟主导者是我国第一家以量子计算机为主营业务的初创型公司本源量子。据本源量子副总裁张辉介绍，联盟伙伴囊括高校、研究机构；应用面或是产业链上的企业，如人工智能、生物医药、区块链、低温制冷等领域；以及量子计算方向的同行。 我国几大科技公司近年来同样先后布局了量子计算。阿里巴巴达摩院量子实验室发布了量子计算云平台，并推出了量子模拟器“太章”；百度研究院量子计算研究所开展量子计算软件和信息技术应用业务研究；腾讯量子实验室在量子AI、药物研发等领域展开研究；华为也推出了HIQ量子云平台和“昆仑”量子计算模拟一体机。 大势所趋 未来将来 阿里达摩院发布的2020十大科技趋势中，趋势七就是量子计算进入攻坚期。阿里达摩院认为，目前量子计算正处于从实验室走进实际应用的转变之中。2020年量子计算将蓬勃发展，主要特点是技术上攻坚和产业化的加速阶段。 技术方面，谷歌在硬件上的进展大大增强了行业对超导路线的乐观预期，也对其他如光量子、离子阱等硬件路线造成严峻压力。阿里达摩院预测，2020年多个追赶者“或做出令人钦佩的复制性结果，或陷入高度复杂的工程噩梦”。 作为两个最关键的技术里程碑，容错量子计算和演示实用量子优势将是量子计算实用化的转折点。 容错量子计算是指通过量子纠错，避免硬件错误的累积。量子计算初创公司Xanadu把量子计算的应用前景归纳为量子优化、量子机器学习、量子化学和量子金融四方面。具体可以用来解决物流供应链最优路线、快捷准确医疗诊断、优化互联网搜索、量子人工智能、药物与新材料发现、高效风险分析和投资决策金融服务等实际问题。 就在不久前的2020年CES展台上，福特展示了其智能汽车服务的宏伟愿景。通过与微软合作，采用量子计算启发的算法，模拟在20秒内，将统筹优化的路线建议传递给每辆车，从而实现整体拥堵减少73%。 产业和生态方面，政府、企业和学术机构的规划和投入将升级、扩大。仅从2019年的公开信息就能看出，美国、印度、德国、韩国、澳大利亚、加拿大等国家先后投入上亿元人民币，支持本国量子计算领域研究和开发。我国的量子信息科学国家实验室也将于2020年迅速发展壮大。 责编：陈栋栋 原文章作者：中国经济周刊，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

在亚原子水平上，我们所了解的关于古典物理学的所有事物都将破裂，不仅破裂很小，而且会大规模破裂。 欢迎来到量子力学世界，并准备感受这个奇特的世界。 在我们开始讨论量子计算之前，我们必须掌握什么是量子力学，它的特殊之处以及量子力学现象如何帮助我们执行高级计算。 量子力学的最初研究可以追溯到17世纪，当时科学家提出了光的波动理论（光可以同时显示为波动理论和粒子理论）。 马克斯·普朗克（Max Planck）在1900年提出了光量子的存在，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）进一步确认了光量子的存在，他说光是由称为光子的微小粒子组成的，每个光子都有能量。 通常，量子力学在原子和亚原子粒子的尺度上处理物质的行为及其与能量的相互作用。 随着量子力学的出现，牛顿力学（或经典力学）开始在基本水平上消退。古典物理学无法解释光本身的某些特定性质，例如氢光谱系列，例如，当在管中加热氢气并观察到发射的光时，可以注意到原子氢的发射光谱，包含光谱系列的数量而不是连续发出的光（或电磁辐射），是的，它更像是色带，与经典物理学的期望不同。丹麦物理学家尼尔斯·玻尔为此提出了一种解释，即玻尔模型。在玻尔模型中，他将原子描述为一个小的带正电的原子核，被围绕在原子核周围圆形轨道中移动的电子包围，这类似于太阳系的结构。每个轨道对应于不同的能级。能量的变化，例如电子在原子核周围从一个轨道到另一个轨道的过渡，是用离散的量子完成的。术语"量子跃迁"是指从一个离散能级到另一种能量级的突然运动，没有平稳的过渡。没有"中间"状态。 量子跃迁是特殊的，因为电子的运动不是渐进的，它只是从一个轨道消失，而以下一个状态出现在下一个轨道中，并且发射（或吸收）了一定量的能量。 好吧，这使事情变得有趣。 玻尔解释说，无法进一步细分此级别的能量，这被称为量子，即特定的最小能量。 物理学家普朗克提供了这种能级的初步见解，因此我们将其称为普朗克常数。 因此，通常，原子中电子的能量被量化。 这只是开始，经典物理学的可预测性被量子物理学的潜力所取代。 这对于当时的许多物理学家来说是非常令人担忧的。 为什么电子遵循量化轨道而没有中间态？ 德布罗意在1923年的论文回答了这个问题。 他解释说，物质可以表现出与光相同的质点和波动性质。 电子的波特性要求它们获得一定的波长，以使它们适合进入轨道。 但是由于电子的波动特性，在该轨道上电子可以存在于所有地方，而不仅是特定地点。 这从根本上不同于古典物理学，但已通过实验证明。 由于像我们人类一样，质量较高的物质具有较高的动量，并且由于质量与德布罗意波长成反比，因此此类物质的波长将大大减小。 因此，德布罗意解释的影响在宏观层面上逐渐减弱。 戴维森（Davisson）和杰默（Germer）在1927年进行的双缝实验证明，光和物质可以同时表现出经典定义的波和粒子的特性。托马斯·扬（Thomas Young）在1801年进行了类似但更简单的双缝实验形式。光穿过屏障罐中的两个缝时，来自另一侧屏幕上的干涉图案。（穿过双缝的光不会形成这些实验中有趣的部分是，即使我们一次通过一个电子/光子，干扰图也会在屏幕/检测器上累积。这怎么可能？这意味着，如果我们通过双缝隙从源发出单个电子（并且我们不知道电子穿过哪个缝隙），则在屏幕（或检测器）上电子的另一侧出现的概率是（它可以是干涉图中的任何位置）。如果我们发送大量的电子，它将在另一侧形成干涉图。这意味着每个单电子都必须表现出波的性质，否则它将不会干扰任何其他事物，位于势垒一侧的单个电子波将在双缝势垒的另一侧产生两个波（仅就像穿过两个孔的单个水波可以在另一侧形成两个波），并且这两个波彼此相互作用以形成干涉图案。 欧文·薛定谔（Erwin Schrodinger）发表了一个方程，该方程将运动的电子描述为波的传播方向。 该方程式又称薛定谔方程式，该方程式帮助他赢得了1933年的诺贝尔物理学奖。 德国物理学家和数学家马克斯·伯恩（Max Born）制定了概率密度函数，将所有这些描述为将电子发现为波的可能性。 这是在他对玻尔模型的电子轨道进行研究之后得出的，该研究有助于与维尔纳·海森堡一起制定量子力学的矩阵力学表示形式。 一年后，海森堡提出了海森堡的不确定性原理，该原理规定即使在理论上也不能同时精确地测量粒子的位置和速度。 维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）和尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）共同设计了哥本哈根的量子力学解释，该解释称物理系统在被测量之前通常没有确定的属性，而量子力学只能预测测量将产生某些结果的概率。 测量动作将导致波动函数崩溃，将概率变为一个可能的值。 爱因斯坦（Albert Einstein）回应 "上帝不会与宇宙玩骰子" 尼尔斯·玻尔回答 "不要告诉上帝如何处理他的骰子。" 即使对于有史以来最聪明的人，量子物理学的全部内容也难以消化。 但是在双缝实验中很明显，如果我们尝试通过在任何缝上放置一个测量装置来找出电子通过哪个缝，干涉图就会消失。 因此，在没有观察的情况下将现实分配给宇宙是没有意义的。 在测量之间的间隔中，量子系统确实是所有可能特性的模糊混合物。 这是量子叠加，正常的物质宇宙仅在测量时才有意义。 对于我们的电子，叠加可以描述为电子同时在不同位置的可能性。 根据不确定性原理，这也可以应用于电子的自旋（角动量的固有形式）。 电子可以在所有方向上旋转，直到我们测量其自旋，在测量自旋时向上将与测量方向对齐或在相反方向上对齐。 这也称为向上旋转或向下旋转。 量子系统中的事物也乍一看也很难掌握，为了放松，我们可能需要看猫录像。 薛定谔的猫呢？ 让我们也看一下。 简而言之，一只猫在密闭的盒子里放着某种东西（比如说爆炸物），它可能会杀死它，也可能不会杀死它，这意味着猫对于外界可能是活的还是死的。 因此，直到我们打开盒子并观察猫死了的概率是一半，而活着的概率是一半。 此实验还有一个更重要的含义，那就是在密闭盒中发生的情况。 如果猫感觉到爆炸，那么它就会死了；如果猫没有感觉到爆炸，那它就会活着。 猫的状态与炸药的状态有某种联系。 在量子世界中，这被称为量子纠缠。 量子纠缠是一种现象，通过这种现象，一个或多个在一起生成或紧密相互作用的粒子可以开始建立关系，并且每个粒子的量子状态无法独立描述（如果猫死了，炸药爆炸了/如果炸药爆炸了的猫死了）。 因此，无法单独描述粒子，它们成为一个连接的系统，测量一个粒子会影响另一个粒子的状态。 即使它们也相距很远，也会保留此属性。 例如，考虑两个纠缠的电子，我们将考虑电子的自旋（可以考虑位置或动量，取自旋，即角动量），当电子合计时电子总和为零。 现在我们可以将这些电子分开任意距离，并独立地对其进行测量。 如果第一个电子测量到自旋，则另一个电子将总是自旋，反之亦然。 测量效果立即发生，这意味着比光速还快。 纠缠的量子粒子以概率状态存在的想法，只有在其中一个粒子被测量时才会丢失叠加状态，而另一个粒子会瞬间受到影响，即使相隔任何距离也使当时的许多科学家疯狂 。 它甚至包括爱因斯坦（Einstein），他称其为"远距离的诡异动作"，甚至提出了EPR悖论，该悖论说两个粒子相互作用形成了深层的关系，并且信息以关于潜在状态的"隐藏参数"编码。 就像一个电子说如果有人测量我会旋转，而另一个说我会旋转下来，否则，它将以比光速更快的速度发送信息来打破相对论。 Alain Aspect在1964年使用了基于约翰·斯图尔特·贝尔（John Stewart Bell）在1964年提出的贝尔定理的贝尔测试实验，证明了EPR悖论。 现在，让我们重新透视量子计算的每一件事……让我们再做一次。 量子计算研究理论计算系统，该系统直接利用量子力学现象（例如叠加和纠缠）对数据执行操作。 在经典计算机中，我们将任何数据转换为零和一，即所谓的位。 实际上是要对高电压和低电压进行处理，然后将它们通过一系列称为逻辑门的门，这些门可以操纵数据以找出结果。 可以以不同的方式排列诸如AND，OR，NOT，XOR等的逻辑门，以处理位并产生输出。 它可以执行简单的操作，例如添加复杂的加密。 逻辑门是通过使用晶体管在物理上实现的，而如今，这取决于硅半导体的特性来执行操作，而不是使用机械开关。 当然，经典计算机既快速又高效，但是它们不擅长涉及指数复杂度（例如整数分解）的问题。 尤其是当整数进一步限制为质数（Semiprime）时的质因数分解。 基本上，很容易找到两个大质数的乘积，但是要使用给定乘积的乘积，经典计算机需要进行大量计算才能找到产生该质数的数。 实际上，这种复杂性是包括RSA在内的许多密码系统的基础。 那么量子计算机如何解决这个问题呢？ 在量子计算中，基本计算单位是可以表示信息的Qubit。 量子位与普通位有一些相似之处，例如可以测量为零或一。 但是，量子比特的力量在于它的量子力学性质，如叠加和纠缠。 量子位可以同时处于零状态和一状态。 量子位的状态用" ket 0"和" ket 1"表示法表示，写为| 0>和| 1>，基本测量状态类似于经典0和1。 真正的量子计算机中的量子比特到底是什么？ 嗯，它可以是带自旋的电子，带极化的光子，杂质自旋，捕获的离子，中性原子，半导体电路等。 简单量子比特的超级位置可以使用下面的Bloch球表示 看起来有些复杂，但我们需要牢记的要点是，任何时候任何单个qubit都可以处于| 0>和| 1>的超级位置，并且可以表示为 a | 0> + b | 1> 其中a和b是分别测量为0和1的量子比特的幅度（与概率成比例），并且a?+b?= 1 因此，一个量子位可以处于两个状态的叠加位置，一旦被测量，它将根据每个状态的概率返回两个状态之一。 因此，测量量子位本身会对系统产生影响，因此，对量子位的测量类似于影响量子位状态的门。 如果我们考虑不止一个，比如说两个，量子位会变得更有趣，基本状态将是00、01、10、11，但是量子位可以同时处于所有四个状态的超级位置。 所以这应该表示为 a | 00> + b | 01> + c | 10> + d | 11> 为了表示两个量子位，我们需要4个概率/振幅（a，b，c，d），如果我们有三个量子位，则需要8。因此，如果我们有n个量子位，则需要2 ^ n个数字来表示 该量子系统的整体状态。 因此，随着量子位数量的少量增加，我们将能够生成可以表示巨大状态的系统，这与经典计算机不同。 即使描述超级位置所需的信息量随量子位的数量呈指数增长，但由于量子测量的基本限制，我们也将无法访问所有这些信息。电子的自旋可以在所有方向上旋转，但是当我们测量时，它在一个方向上下旋转。同样，我们将无法预测结果的出现，它是基于与状态关联的概率的概率（例如：上半场和下半场）。这意味着为了充分利用量子计算机的潜力，我们需要开发量子算法，以探索存储在qubits的超级位置中的大量信息的存在，并且在计算结束时，使系统处于我们所处于的基本状态之一。可以确定地进行检测。 在量子计算机中，可能有两个具有相反值的量子位，但是各个量子位的值在我们测量之前是未知的。由于量子纠缠，这是可能的。假设我们有两个处于零态的电子量子比特，然后我们通过施加一定频率的电磁波将第一个电子/量子比特置于叠加状态，该频率与零态和一个态的能量差成正比。现在，当我们试图通过施加第一频率的电子/量子态所需的频率电磁波来调整第二个电子/量子位时，超位的第一个电子/量子位将对第二个量子位和第二个量子位的自旋产生影响一个也会移动到一个叠加（不是稳定状态）。因此，这两个量子位的状态将纠缠在一起，如果我们先测量一个并向上旋转，则另一个将向下旋转，反之亦然。这种纠缠将在任何远距离上被持久化。在我们测量它们之前，只能将这两个量子比特视为具有可能值的单个系统。在传统的计算机中，这是不可能的，因为只有两个位没有值，但是值相反。 因此，量子位数量的增加将成倍增加可能纠缠态的数量。 需要注意的一个关键点是，量子纠缠可能非常脆弱（量子退相干），任何利用这种纠缠的系统都应具有非常小的外部干扰。 量子电路的构建块（用于量子计算的模型）是量子逻辑门。 它们就像经典计算世界的逻辑门，但与许多经典逻辑门不同，量子逻辑门是可逆的。 这是因为量子力学要求量子系统永远不会随着时间的流逝而丢失信息，并且必须始终能够重建过去。 您能想到将对量子世界产生影响的任何经典大门吗？ 因为1 AND 0、0 AND 1都将输出设为0，所以AND门将不这样做。 是的，不能进入量子世界 非0 = 1，非1 = 0 如果输出为零然后输入为1，则这是可逆的；如果输出为1，则输入为零。 该门在量子世界中被称为Pauli-X门。 它将| 0>映射到| 1>和| 1>映射到| 0> 哈达玛门也作用于单个量子位并产生叠加。 交换门交换两个量子位。 即| 10>到| 01>，依此类推。 控制们作用于2个或更多量子位，其中一个或多个量子位充当某些操作的控制。例如，受控的非门（或CNOT）作用于2个量子位，仅在第一个量子位为| 1>时才对第二个量子位执行NOT操作，否则保持不变。 CNOT门： 同样在CNOT门的情况下，我们可以看到每个输出都是不同的，没有歧义，可以恢复状态。 在基于电子自旋的量子计算机中，可以轻松实现CNOT门。 由于控制位和目标位紧密靠近，控制位旋转对目标位有一定影响，因此可以决定是否可以用一定的电磁波翻转目标。 CNOT门还可以用于产生Control和Target的纠缠状态。 如果先应用Hadamard门进行控制，然后再应用CNOT门，则控制和目标都将重叠并纠缠在一起。 CNOT门通常用于量子计算中以产生纠缠态。 CNOT与任意量子位旋转一起可以实现量子计算机中的任何逻辑功能。 您还可以在这里找到其他量子门。 量子位的测量也可以改变系统的状态，其功能与门非常相似，但它不是实际的量子门。 为了使量子计算机正常工作，我们应该能够更改任意量子位的属性，并且应该能够通过在一个或多个量子位之间进行交互来运行量子逻辑门。 现在，我们需要利用所有这些逻辑来创建一些有用的算法。使用量子计算机执行简单的计算是没有意义的，因为经典计算机可以以更廉价的速度执行此操作。由于基础设施本身很复杂，并且量子计算机可以同时处理大量状态，因此量子计算机的有效使用仅限于特定领域，例如查找主要因素，搜索大量数据等。这是计算密集型的。 量子算法是一个循序渐进的过程，其中每个步骤都可以在量子计算机上执行，这将涉及诸如叠加和纠缠之类的量子特性。 已经有不同的算法可用，并且还有更多算法正在开发中。 Shor的整数分解算法是最著名的算法之一，因为它涉及密码学。 Grover的算法也是众所周知的，可用于搜索非结构化数据库或无序列表。 您还可以找到其他有趣的算法。 让我们探索一下Grover算法的一个小变体，该算法是用于搜索的量子算法。 首先，考虑N个电话号码和名称的列表，我们需要从中查找特定号码的名称 与普通的量子算法提供速度的指数增长不同，格罗弗的算法仅提供速度的二次增长。 复杂度将是可能元素数量N的平方根的函数。与可能具有复杂度N的经典算法相比，效率要高得多。Grover的算法使用幅值放大。 在我们的示例中，我们将仅考虑四个数字，这些数字可以用2个量子位表示，我们需要找到与10相关的名称 a | 00> + b | 01> + c | 10> + d | 11> 其中a，b，c和d是振幅，a = b = c = d。 这是格罗弗（Grover）算法的第一步，就是将量子比特置于超级位置。 第二步是应用一个oracle函数，该函数以相反的方向翻转我们要查找的项的幅度。 在这种情况下，c变为-c。 现在a = b = d且c不同且为负。 第三步是应用放大函数，该函数放大每个振幅与相等叠加状态的振幅之间的差。 由于-c的值与其他幅度有很大差异，因此c的值与a，b或d相比迅速增加。 现在，如果我们测量量子位，则将以最大概率返回第三状态（可以再次应用步骤2和3以增加概率）。 因此，使用此技术，我们可以通过将所有可用值一次全部加载到qubit中来解决搜索。 可用的qubit数量越多，我们可以处理的问题域大小就越大。 一切都很好，但是运行所有这些的硬件又如何呢？ 量子计算机的当前实现基于半导体。 由这些半导体产生的量子位应远离任何外部干扰。 否则，这些量子位的量子力学性能将丢失。 因此，这些量子计算机的温度保持在非常接近绝对零度的水平，为此进行的设置以及微观水平的计算会使量子计算机变得极为昂贵。 精确的微波/电磁波可用于修改量子比特的状态。 通常情况下，经典计算机与量子计算机一起使用以帮助处理。 IBM Q是行业首创的计划，旨在为商业和科学构建商用通用量子计算机。 IBM Q Experience允许我们使用在线作曲器或免费使用其python库运行量子算法。 这些系统中的量子位数量相对较小，但可以肯定会迅速增加。 D-Wave Systems是该领域的另一主要参与者，其旗舰产品为2000量子位D-Wave 2000Q量子计算机。 D-Wave产品被Google等公司广泛用于运行量子人工智能实验室和NASA进行研究。 D-Wave机器使用量子退相干来执行其操作。 这对于通过快速搜索空间并找到成为解决方案的全局最小值来优化问题的解决方案非常有用。 对于某些问题领域，这种方法可能会更快，但是使用量子退相干的系统会发现很难运行某些算法，例如著名的Shor算法。 另一方面，IBM提供的通用量子计算将服务于更广泛的问题领域，并使我们能够设计更为复杂的算法。 但是使用通用量子计算设计这些算法可能很复杂，并且在系统设计和一致性方面也面临着自己的挑战。 量子力学是一门自然而然的科学领域，它所提供的计算能力只是冰山一角。 它在生物学（可以通过叠加来解释突变），计算机硬件（来解释半导体芯片的特性）中具有广泛的适用性，甚至可以解释人类的期望或思想如何影响未来，如全球意识计划所解释的那样，通过实验证明，"当人类意识变得连贯时，随机系统的行为可能会发生变化"。 是的，的确是人类的思维与量子物理学之间存在着奇怪的联系。 此外，它还可以用于量子隐形传态，据中国科学家报道，他们已经将地球上一个光子的量子态传输到了低地球轨道卫星上的另一个光子。 量子力学具有以经典方式改变我们知道和做的每件事的潜力。 希望您能理解... "如果您认为您了解量子力学，那么您就不了解量子力学。"理查德·费曼（Richard Feynman） 谢谢你的时间。 (本文翻译自Arun C Thomas的文章《Quantum Computing explained!》，参考：https://towardsdatascience.com/quantum-computing-explained-a114999299ca) 原文章作者：闻数起舞，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

2016年4月，一段加拿大总理特鲁多讲解量子计算的视频在Youtube上流传开来，仅一周时间，观看人数就超过了200万。人们在观看特鲁多讲解的同时，心理不仅仅生出了一个：“量子计算究竟是什么？” 对于很多人来说，量子计算和人工智能一样，一直是个未来的科技，是因为这种类型的科技都是很早就被提出来，也一直在研究，但是到最后离实现目标始终差十年。对于我们普通人来说，幸好量子计算一直“停在未来”，这样一方面我们可以饶有兴致地欣赏巨头们在跑步机上的一路狂奔，另一方面又不必担忧量子计算真的会对自己职业造成什么冲击。 然而最近几年以来，我们已经开始听到火山爆发前岩层的积压破碎之声。IBM、Google 先后宣布了量子计算机的进展，越来越多的学者宣称说量子计算机即将成为现实。根据现在的进展，我们可以肯定地说，当21世纪结束的时候，本世纪将会被归纳为“量子计算”的世纪。 但问题在于，奔跑的巨头里，谁可以成为量子计算领域的国王？谁又可以引领全球科技企业开启量子计算的时代？ 01 “领头羊”谷歌 前不久，谷歌的一篇论文被发表在《自然》杂志150周年纪念特刊上。根据该文章，谷歌的53位量子计算机Sycamore可以在200秒内完成世界上最快的超级计算机IBM Summit需要10,000年才能完成的计算。借助Sycamore，Google声称已经实现了量子优越性。 莱特兄弟发明飞机用了7年，而谷歌取得这一成就则花费了13年之久。 2006年，谷歌科学家Hartmut Neven开始探索量子计算如何帮助机器加快学习，其实也就是如何将量子计算与AI结合。这项工作直接促进了谷歌AI量子团队的成立。 2014年，美国物理学会院士John Martinis加入这个团队，之后越来越多的量子计算人才加入谷歌，其中包括量子计算领域首席科学家Sergio Boixo，也正是这个团队帮助谷歌实现了量子优越性。 与传统计算相比，量子计算所依赖的量子比特突破了二进制（0或1）的限制，它借助了量子之间的叠加和纠缠使计算空间指数级增加，但是难度就在于我们能够使用多少量子来进行量子叠加和纠缠。 但是在Google庆祝突破之际，包括Intel和IBM在内的竞争对手都对该声明表示怀疑。 英特尔在一份声明中表示，量子计算从现有研究突破到实际应用需要相当长时间；以太坊创始人也在谷歌宣布实现了量子优越性之后说到：“谷歌这次只是证明了量子计算是可以实现的，就如同可控的核聚变一样。” 另外，德国弗劳恩霍夫协会量子计算研究项目主管托尔斯滕·西伯特认为“量子计算研究只有与传统计算形成协作互补关系，才更可能取得进展”。 对谷歌发出质疑的企业中，要数IBM的声音最大。 IBM直言不讳地说：根据量子优越性是指超越所有传统计算机的计算能力的严格定义来说，谷歌实现量子优越性的目标并没有实现。 IBM还发布了一篇文章说谷歌所谓的传统计算机需要一万年才能完成的说法是错误的，因为IBM推演过后发现只需要2.5天，它还在文中写到“谷歌加剧了对量子技术目前状态的过度炒作”。 但是尽管业内质疑声不断，《纽约时报》还是将谷歌这次获得的研究成功与莱特兄弟的飞机首飞所取得的成就相提并论。 谷歌也提出了自己的反驳IBM的观点，他们认为他们这次所取得的成就本质上和首架火箭飞往太空的意义是一样的，虽然没有现实的应用，但是他们为世界证明了量子计算是可行的。这就和人类在月球上踏出的第一步一样，这也是人类在量子计算领域成功踏出的第一步。 而对于IBM来说，他们追赶谷歌的脚步从未停歇。 02 奋起直追的IBM 作为全球最大的信息技术公司，IBM当然不会放过量子计算这个充满无限可能的领域。 IBM早在1981年就踏上了征服量子计算的的征程。 1981年，麻省理工学院和IBM赞助了一场会议，在这场会议上，Richard Feynman首次提出了量子计算的概念。他认为用量子效应进行计算是有意义的，并且量子计算可以适用于化学模拟。 正是因为这个概念，量子力学和计算机科学开始真正碰撞起来。 90年代，在IBM工作的物理学家David Divincenzo提出了一套建造量子计算机所需要的五个标准，并利用离子阱技术建立了IBM的第一个7位量子比特系统，这证明了量子计算机是可行的，虽然不是特别实用，但是依然证明了量子计算是可以在现实世界中的系统上进行计算的。 2016年，IBM构建了IBM 5量子比特原型机，并将其置于“云”中，IBM的战略是将量子计算从少数组织进行的孤立实验室中转移到成千上万的感兴趣的用户手中。为了给予对量子计算充满热情的教育者，研究人员和软件开发人员更多的资源，IBM还建立了多代量子处理器平台，并将其集成到高可用性量子系统中。 今年初，IBM推出了世界上第一台商业量子计算机，代号为IBM Q System One，是一台20量子位计算机。 接着，IBM在今年9月宣布在纽约开设IBM量子计算中心，其中有5个20 量子位系统和一台53量子位系统已经启动运行，IBM表示，后者将成为“业内最大的可用于外部访问的通用量子系统。” 到目前为止，包括53量子位系统在内的IBM商用量子计算机机队已经达到了14台。 量子行业观察家，研究与技术副总裁兼Hyperion Research首席量子计算分析师Bob Sorensen说：“IBM展示了如何为商业领域开发量子计算机的例子，并且正在努力不断推出技术方面的有形收益。但是，也许更重要的是IBM最近宣布，该公司将与德国弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer Society）为期两年的合作，在德国的一个工厂中安装Q System One量子计算机，以围绕该系统建立一个研究部门。对我而言，这笔交易证实了IBM不仅在构建系统，而且想吸引客户，IBM还在努力建立一个涵盖硬件，软件，应用程序和实际使用案例的完整QC生态系统。” 量子计算吸引着全球的科技巨头，我国的科技企业自然不会例外。 03 量子计算在中国 2016年，我国将量子计算在“十三五”计划中规划为具有战略重要性的领域。 同年8月，我国从戈壁沙漠的发射台向太空发射了第一颗量子卫星Micius。它在500公里的高空环绕地球，这次发射是一个强烈的意图信号–是量子计算竞赛起跑的起步枪。 在过去的几年中，我国研究人员在基础研究和量子技术（包括量子密码学，通信和计算）的发展方面取得了持续不断的进步，并在量子雷达，传感，成像方面取得了进展报告，计量和导航。 而且近年来，一些我国的科技企业也加入了量子计算的淘金热之中。 阿里、腾讯、百度、华为近年来先后布局量子计算，阿里和中科大联合发布了量子计算云平台，在去年推出了量子模拟器“太章”；腾讯在量子AI、药物研发等领域展开了研究；百度也在去年成立了量子计算研究所；华为在去年也发布了HIQ量子云平台，并在今年推出了“昆仑”量子计算模拟一体机；今年，中国科学家团队合作开发了具备20个量子比特纠缠的芯片，并实现全局纠缠，文章已经发表在美国《科学》杂志上，刷新了固态量子器件中生出纠缠态的量子比特数目的世界记录。 自然，有人的地方就是江湖，在江湖上必有争斗存在，阿里和华为已经开始交锋。今年9月，华为连接大会和阿里云栖大会分别在杭州和深圳召开，这两场大会的焦点都在“算力”上面，而“算力”的突破就在于能否掌握量子计算，不论是华为强调的“连接”，还是阿里的“数据”，他们都需要突破传统计算来获得更加强大的“算力”。毫不客气地说，谁能拥有最先进的量子计算，谁就能掌握对方的“生杀大权”。 但是，虽然我国科技企业也已经开始布局量子计算，但是相对起步时间较晚，导致了与全球其他科技巨头之间的差距较大。在量子发展上仍落后美国三到五年。例如我国研究人员研究的20个量子位的芯片，而Google设计的Sycamore量子芯片可存储54量子位。 目前，我国正在建立世界上最大的量子研究机构，即安徽省合肥市的量子信息科学国家实验室，以帮助科学家建造更好的量子机器，耗资100亿美元。 量子计算领域是一个涉及数学、物理学、计算机科学、自动化等多个领域的交叉学科，这样的学科肯定是需要巨大的资金投入,人员投入的。它就像是一只会下金蛋的母鸡，不仅提升了人们对于微观世界的认识和微观物质的操控能力，还促进了计算机理论，数学，自动化控制等多个领域的发展。 ? 不管是谷歌的量子优越性，还是IBM的量子计算机，他们都证明了量子计算是可行的，它就是计算领域的飞机，将带领着人们飞到更高的天空。 从人类科学的近代历史来看，牛顿力学完善了现代科学的基础，第一、二次产业革命都是基于牛顿力学开始的，我们可以称牛顿力学为第一次科学革命。 而量子力学就是人类科学的第二次科学革命，同时也催生了第三次产业革命，也可以称为信息技术革命，一直延续至今。 这场量子计算的全球争夺战，并不仅仅只是真正意义上的战争，其实本质上更像一场长跑马拉松，谁能坚持下去摘得桂冠，让我们拭目以待。 原文章作者：鹿鸣财经，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

最近发现的构建量子计算机的更简便方法，将大大提前量子计算机问世的时间。 量子计算机，是一种基于量子物理机制处理数据的计算机，能够以远高于目前计算机的速度运行。政府和技术企业巨头已对量子计算机的研发投入了海量资源，但是没人能说清量子计算机离实用化到底还有多久。 最近，一些顶尖研究团队根据最新发现，认为量子计算机的实现可以比我们想象的更早。前日，谷歌和西班牙巴斯克大学的研究人员公布了一项研究成果，根据该成果，人类有望以较之前简便的多的方法构建一台能充分发挥量子计算能力的验证样机。 研究人员将之前投入了巨量人力财力却进展缓慢的研究路线下的量子计算机称为“数字量子计算机”，它的结构模式与今天的数字电子计算机类似，且它的设计已经经过了长期锤炼。然而，数字量子计算机需要大量的纠错软硬件资源来补偿计算中脆弱的量子效应。 谷歌、IBM和包括一家创业企业在内的财团已改变策略，正在加速研发“模拟量子计算机”。 模拟量子计算机的结构跟传统数字计算机相比差别很大，并且现有理论还不能完全解释其运行机理。当然，模拟量子计算机仍需要纠错，但是纠错所要求的资源将少得多。因此，构建一台量子计算验证机将更加容易。谷歌量子计算硬件项目负责人，高级研究员约翰·马丁尼斯（John Martinis）在去年的采访中表示，在几年之内，模拟量子计算芯片就有望问世。 谷歌团队用模拟量子计算机制构建了一个超导量子芯片来模拟9个相互之间存在磁力作用的原子。这种设计方法使得之前为数字量子计算机开发的纠错技术可以被采用。 该芯片拥有9个量子比特。研究人员生成，如果要求一台量子计算机达到传统计算机根本无法企及的性能，那么它必须至少拥有40个量子比特。当然，初创公司D-Wave Systems已经制成了拥有超过1000个量子比特的演示芯片。然而，尽管该芯片的性能令人惊喜，该公司却始终不能令人信服地证明，这种性能增益来自真正意义上的量子计算。 谷歌认为，模拟量子计算机应该能较数字量子计算机更快达到1000量子比特的体量，并且业内其他专家也基本认可这个预期。 谷歌或其他公司的模拟量子计算机一旦成功，则可以被用来分析并解开医学和能源领域的难题，这些领域要求进行原子级别的大规模仿真，传统计算机根本无能为力。 谷歌相信，模拟量子计算机也将极大推进机器学习和人工智能技术。谷歌CEO桑德拉（Sundar Pichai）声称，谷歌已经进入了“人工智能驱动时代”。 哈特马特·耐温（Hartmut Neven）是谷歌量子计算应用设计团队的负责人，他在去年的采访中表示，量子计算驱动的人工智能能够让今天的人工智能完全过时。”10年之内人们将彻底放弃传统机器学习而拥抱量子机器学习。” “DeepTech深科技”是由麻省理工科技评论创建的一个新科技内容品牌。更多内容请关注官方微信公众号:mit-tr 原文章作者：DeepTech深科技，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

美国谷歌公司研究人员近日在美国国家航空航天局(NASA)官网上发表论文，称其所研究的量子计算机仅需3分20秒就可完成目前全球最快超级计算机(“超算”)“顶点”需一万年才能完成的计算。 谷歌称这是量子计算机发展的一个重要里程碑，并以此宣称自己已经成功实现了“量子霸权”。但这个“第一”充满了争议：NASA官网随后删除了论文，称该研究尚未经过同行评议，可能为误发；对手IBM则称该系统是专门为解决单个问题而设计的硬件，而非通用计算机。无论这个第一是否算数，研究人员普遍认为，量子计算机距离解决任意实际问题还需要数年时间。 证明量子 优势的计算机 这篇论文的题目是“使用可编程超导处理器的量子优势”，并详细介绍了谷歌所说的第一个只能在量子处理器上执行的计算。英国媒体在这篇论文被删除前保留了一份副本，“据我们所知，这个实验标志着第一个只能在量子处理器上进行的计算。”这篇论文写道。 据英国媒体20日报道，谷歌的量子计算机名为Sycamore，有54个超导量子位元，其中在测试期间工作的超导量子位元有53个。它的计算任务是“证明随机数发生器产生数字的随机性”。 据报道，Sycamore能够在3分20秒内完成上述计算，而世界上最快的传统超级计算机“顶点”解决同样的问题大约需要1万年。这意味着传统计算机无法就此进行计算，并使得Sycamore成为第一个证明量子优势的计算机。 距离解决实际问题 还需数年时间 论文同时指出，尽管这台计算机实现了“量子霸权的实验”，并预示着“备受期待的计算范式的出现”，但它只能够执行单一的、高度技术性的计算，量子计算机距离解决实际问题还需要数年时间。 据报道，谷歌在2017年首次组装了一台量子计算机，但这次尝试没有成功，因为这个含有72个超导量子位元的系统太难控制了。后来，谷歌与美国国家航空航天局合作，共同开发量子计算机技术。不久后，谷歌开发出54个量子位元设计的Sycamore，用于实现新的突破。 然而，至少有一家竞争对手对谷歌宣称的成就提出了质疑。在接受英国媒体采访时，IBM研究主管吉尔表示，谷歌宣称已取得量子霸权地位“完全是错误的”。吉尔说，谷歌的系统是专门为解决单个问题而设计的硬件，并不是一台通用计算机。在开发量子计算机的竞争中，IBM是谷歌的最大竞争对手。 量子霸权 加州理工学院教授普雷斯基尔在2012年提出了“量子霸权”的概念，即量子计算机能在特定问题上超越世界上性能最好的经典计算机。 量子力学法则 量子计算机依据一套完全不同于经典计算机的量子力学法则运行。量子位是量子计算机使用的基本信息单位。经典计算机中的比特为0或1，基于此进行二进制运算。量子位利用了被称为叠加的量子现象，这意味着它们本质上同时以1和0的形式存在。 计算方法 量子计算机在计算方面的优势在于，它成倍地增加了可以处理的信息量——在理想状态下，50个量子比特一次可以进行2的50次方次运算，这已经是个天文数字。 “IBM Q系统1号”有面包车大小 在今年1月的消费电子展上，IBM推出了第一台商用量子计算机。这台电脑被称为“IBM Q系统1号”，大约有一辆面包车那么大，通过云计算提供计算能力。 尽管“IBM Q系统1号”还远不是一种实用的计算设备， 但业内人士认为它比以前的量子计算机更加可靠——量子计算芯片非常不稳定，容易受到热电干扰，而IBM的新设计能够将这种干扰降到最低。 一些专家也表示，虽然Sycamore可能成功地完成了上述任务，但它很可能是经过训练才得以处理这个任务的，这意味着它不会在其他没有经过训练的任务上取得同样的成功。 前景巨大 应用广泛 研究人员对量子计算机的发展更为乐观。“谷歌最近宣布实现量子霸权的成就是里程碑式的。”英特尔量子硬件主管克拉克说，“我们将和业界一起努力，快速推进相关领域的研究，以实现量子计算的真正潜力。虽然这项技术的研发还处于马拉松比赛的前1公里，但我们坚信它的潜力。” 南加州大学的里德尔教授也称赞谷歌系统减少了“串扰”，即量子计算机的量子位相互干扰的问题。“(谷歌)展示了一条量子计算的道路，一旦你拥有了一台能完全纠正自己错误的量子计算机，就会看到无限可能。”他说。 谷歌预计，量子计算机的能力将以“双指数速度”增长，而传统计算机长期以来一直遵循摩尔定律，即每隔18个月左右，计算机的能力就会增长一倍。 研究人员预计，量子计算能力一旦开发出来，量子计算机有望在密码学、化学、人工智能和机器学习等不同领域产生巨大影响。 原文章作者：人民网，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

量子计算是一种新兴的计算形式，它利用量子力学现象来解决在传统计算机上无法解决的难题。专家表示，量子计算的成熟将帮助科学家在化学、生物信息学和人工智能等领域取得巨大进步。然而，量子计算的进步带来的不仅仅是人类技术水平的提高，还会使现有数据保护措施面临更大挑战，因为传统安全措施可能无法有效应对量子计算攻击（网猫软件）。因此，IBM开发出了两种量子加密算法。 了解量子计算 第一种算法被称为Kyber，属于安全密钥封装机制;第二种算法叫做Dilithium，属于数字签名安全算法。二者都是由点阵密码学演变而来，并共同组成了代数点阵密码套件IBM已成功将这两种算法应用到了设备上：技术人员改装了IBM TS1160磁带驱动器，并成功研制除了世界上第一种量子计算安全磁带驱动器。IBM研究人员表示，新算法不仅可被运用在未来的磁带驱动器中，还可用于升级现有磁带驱动器固件。 目前，IBM的两种新算法已被选为美国国家标准与技术研究所“后量子密码学”标准化项目的候选算法。 原文章作者：九界少女的梦，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

产业动态 IBM出席2020年度CES大会 透露量子计算应用新进展 在2020年度国际消费类电子产品展览会（CES）的演讲活动中，IBM主要讲述了量子计算应用开发及客户获取业务方面取得的进展，部分演讲重点如下： IBM量子计算产业联盟 Q Network已扩展到航空、汽车、银行金融业、能源、保险、材料、电子产品等行业的100多个公司企业。 5家量子计算初创公司成为Q Network中Member级新成员。据统计，IBM已与共计27家量子计算初创公司建立了合作伙伴关系。 IBM正与戴姆勒公司（奔驰母公司）开展新一代汽车锂硫电池建模的研究工作。 IBM已与达美航空签订多年合作协议，以探索量子计算在航空业中的应用。 IBM量子云平台 Q Experience已拥有20万余全球用户，在线上量子模拟器及线下量子机器上运行数千亿次计算。由Q Experience产生的第三方研究论文已达200多个。 近年来，量子计算技术的集中爆发，为量子计算产业化发展带来了更多可能性。2017年12月，美国IBM公司率先迈出产业化探索步伐，成立IBM Q Network，致力于通过产业合作的方式，推进量子计算在工业和科研领域的应用。半年后，国内第一家量子计算产业联盟——本源量子计算产业联盟OQIA即在合肥应运而生。 本源量子计算产业联盟作为国内首个量子计算产业联盟，已同清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、中国海洋大学等高校在量子计算的科研教育方面展开合作；与哈工大机器人、中船重工、中科类脑、问天量子等跨行业用户共同探索量子计算应用场景。联盟在今后发展中，期待更多跨行业伙伴与国内量子计算初创企业加入，共同推动中国量子计算事业的发展。 法国提交量子技术国家战略议案 法国国会议员Paula Forteza最近向国会提交了一份议案，呼吁制定法国的量子技术国家战略。这份长达68页的议案建议法国在五年内投资14亿欧元，支持量子技术发展，其中涉及政府及非政府单位、地方政府和欧盟相关部门等。 该议案的关键点如下： 37条具体的技术发展建议； 建议发起20个技术项目，年度预算不少于1000万欧元； 创建三个技术研发中心； 到2024年，法国境内创建50家量子初创公司； 建立3亿至5亿欧元的后期投资基金。 美国能源部拟拨6.25亿美元 建立国家量子信息科学研究中心 美国能源部计划成立2至5个多机构联合，多学科建设的国家量子信息科学研究中心，并计划在五年内为每个中心提供10至2500万美元的年度预算资金，资金数额总计可达6.25亿美元。 这些中心的设立与美国《国家量子计划法案》相一致。美政府希望这些中心能推动当前最先进的科学技术，以开发量子计算，量子通信，量子传感等量子应用的全部潜力。 科技前沿 中美科学家在 研究超导体涡旋束缚态的隧道电导上取得新进展 在Science杂志的一篇近期报告中，朱世宇（音）和中美两国跨学科研究团队成功使用可变隧道耦合-扫描隧道光谱技术研究了超导体涡旋束缚态的隧道电导。 研究结果为研发基于算子编织的应用奠定了基础，从而准确描述拓扑纠缠态、或研究用于拓扑量子计算的通用量子门。 More information:Nearly quantized conductance plateau ofvortex zero mode in an iron-based superconductor science.sciencemag.org/content… 2/11/science.aax0274 Shiyu Zhu et al. 12 December 2019, Science. 美国将“多信使”新方法引入量子物理学研究 哥伦比亚大学和加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员为量子物理学引入了一种名为“多信使”的新方法，这表明科学家探索量子材料所用技术又实现了一次飞跃。该方法已于近期发表在NatureMaterials中。 此种新方法来源于“多信使”天体物理学，该物理学是近十年来出现的一种革命性技术，用于研究诸如黑洞合并之类的现象。 More information:A. S. McLeod et al, Multi-messengernanoprobes of hidden magnetism in a strained manganite, Nature Materials(2019). 美国普渡大学成功制造 可测量量子几何相的高灵敏度装置 美国普渡大学的一组物理学家制造了目前最灵敏的扭矩测量装置，可用于纳米级磁性研究和量子几何相研究。此装置的具体信息及其使用方法已形成论文，发表于NatureNanotechnology。 使用该设备，研究人员能够测量牛顿米四分之三的扭矩，将灵敏度提升至700倍，而且据称是第一个可测量真空摩擦的设备。 More information:Jonghoon Ahn et al. Ultrasensitive torquedetection with an optically levitated nanorotor, Nature Nanotechnology (2020). 美-奥科学家成功观察 量子临界材料的量子纠缠行为 在一项新的研究中，美国和奥地利的物理学家观察到量子临界材料中“十亿亿”流动电子之间的量子纠缠。莱斯大学和维也纳工业大学的这项研究提供了迄今为止最强相关的证据，证明纠缠在实现量子临界中的作用。 这项研究于本周在《科学》杂志上发表，研究了镱，铑和硅等“奇特金属”化合物在两个经过充分研究的量子相边界附近通过临界跃迁时的电子和磁行为。 More information:DOI: 10.1126/science.aag1595 翻译：jasmine 原文章作者：本源量子计算，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

量子计算是运用量子力学原理处理数据和解决问题的新方法，与经典计算不同。量子计算机，在十年前普遍地认为是否可能造出，十年后的今天普遍公认，量子计算机的实现不再是能不能的问题，而是何时实现的时间问题。 区块链+时代：从区块链1.0到3.0 ￥46 购买 目前，区块链的加密功能被认为是安全的，因为要攻破它们需要大量的计算资源，而这是传统计算机无法实现的。然而，一台量子计算机将能够在几天之内打破这种密码屏蔽。尽管这种威胁现在还只是理论上的，但它可能在大约十年后实现。 如今，世界各先进国家及其科技巨头都在量子计算领域投下了越来越为庞大的投资，亚马逊宣布已在其AWS服务器上提供量子云计算服务，谷歌声称最近它已经实现了量子霸权。 量子计算对区块链构成威胁吗？简短的答案是肯定的，但有细微差别需要考虑。首先，量子计算本身并不是对区块链的威胁，而是对使用该技术的项目的威胁。尽管当今的量子计算机无法破坏区块链及其底层的密码学，但实际上，即将出现的大型计算机确实是一种威胁，需要为此做好准备。尽管即将推出的量子计算机可能具有打破当今区块链加密技术的能力，但当世界采用抗量子区块链甚至节点依赖量子计算机的分布式分类帐技术时，这种威胁可以减少到零。 量子计算会威胁哪些加密算法和区块链？强大的量子计算机可能会威胁到所有依赖ECDSA的区块链。ECDSA，英语：Elliptic Curve Digital Signature Algorithm 的缩写，译名：椭圆曲线数字签名算法，是一种被广泛应用于数字签名的加密算法。比特币和开源的有智能合约功能的公共区块链平台——以太坊（Ethereum）所使用的数字签名算法就是这种算法。 ECDSA已成为在公钥密码系统下创建密钥的黄金标准，该系统用于在大多数区块链中签署交易。该系统允许创建一个随机的256位私钥和一个派生公钥，可以与任何第三方共享。这样，几乎不可能找到生成公钥的私钥，但是量子计算机可以采用一种算法来解开公钥和私钥之间的数学关系，从而揭示和破坏私钥。 比特币是区块链的第一个实际应用范例，它依旧是目前最主要的加密货币，成为主流并吸引了许多机构投资者，使它成为数字货币中第一个被保护免受任何潜在威胁（包括量子计算机）的候选者。2017年，在比特币爆炸式增长的同时，新加坡国立大学的研究团队研究了量子计算机对比特币的威胁，最先认知量子计算对比特币的危险即将来临。他们认为：“比特币使用的椭圆曲线签名方案受到的威胁更大，并且可能最早在2027年被量子计算机打破。” 《区块链的逻辑》互联网知识重塑社会信息体系和经济发展体系书 ￥32.8 购买 量子技术正在以比先前所预期的更快的速度扩展。最近，谷歌宣布已实现“量子至上”，这表明它已经建造了一台能够解决以前无法解决的数学任务的计算机。 区块链的加密世界如何为量子计算做准备？有两种主要途径可解决潜在的量子威胁：一是为现有区块链协议创建抗量子层以提高其安全性，二是从头开始创建抗量子区块链。 有科学家研究了第二种方法。最好的例子是量子抗性账本（QRL），由总部位于瑞士的非营利组织QRL基金会运营。QRL以其具有启发性的名称从零创建了一个区块链协议。QRL旨在抵御来自量子计算机的任何威胁。 其证明主网于去年6月启用的QRL区块链是所谓的扩展默克尔签名方案（XMSS，Extended Merkle Signature Scheme的简称）的第一个工业化范例。该方案是基于散列的签名方案，不易受量子计算机的攻击。 XMSS于几年前首次提出，而QRL使用的是去年的XMSS版本。 目前，美国国家标准技术研究院（NIST）已批准XMSS（QRL中使用的基于哈希的签名方案）的草案。与诸如ECDSA之类的通用密码算法不同，诸如XMSS之类的算法以及类似的基于哈希的签名方案称为Leighton-Micali（LMS），由于其具有抵御量子计算机攻击的能力，因此更加先进。但是，XMSS和LMS都容易被滥用，因此需要进行一些修改以解决该问题。 批准XMSS和LMS的基于哈希的签名方案的途径与NIST对后量子签名方案的更一般的要求是分开的，后者将在更晚的日期（可能是2022年或更晚）完成。迄今为止，由NIST发起的大型竞赛已收到80多项参赛作品。竞争的目标是选择最佳的后量子密码算法。 轻松读懂区块链 ￥31.9 购买 有趣的是，美国国家安全局也表示愿意从NIST提交中受益。早在2015年，美国国家安全局（NSA）表示，计划将其国家安全系统（National Security Systems）转移到量子后的公共密钥加密技术。在过去的几年中，美国代理机构与行业先行者进行了合作，以确保其具有足够的抗量子算法，可以保护美国的安全系统。截至今天，只有少数实体在抗量子区块链上工作，这种趋势预计在未来几年会扩大。 比特币是否必须更新其基础设施以变得具有量子抗性？虽然目前量子计算机尚未对比特币构成威胁，但加密货币将来需要升级。比特币使用两种安全方案，即用于区块创建的哈希函数和用于签名的ECDSA算法。后者更容易受到量子计算机带来的风险的影响，并且将来可能需要额外的保护层。 原文章作者：迅解区块链，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

【新智元导读】谷歌已经实现“量子优势”，但如何确定量子计算机算的对不对，是否按预定设计执行了计算步骤，仍是一个难题。近日，MIT与谷歌的研究人员利用量子神经网络的“解采样”解决了这个问题。论文已发表在《自然·物理学》上。「福利：今晚8点，刘天义博士为您解读云游戏性能及优化，戳右边链接上 新智元小程序 参与直播！」 为了让量子计算尽快推向实用，麻省理工学院，谷歌等机构和企业设计了一种系统，可以验证量子芯片是否能够准确执行了传统计算机无法完成的复杂计算。 量子芯片使用“量子比特”执行计算，量子比特可以表示对应于经典二进制位的两个状态（0或1）或两个状态同时呈现的“量子叠加”。这种独特的叠加状态，可以使量子计算机解决经典计算机几乎无法解决的问题，在材料设计，新药发现和机器学习等方面取得突破。 完全体的量子计算机的运行需要数百万个量子比特，目前远远没法实现。过去几年中，研究人员开始开发包含大约50至100量子比特的“噪声中级量子”（NISQ）芯片。 NISQ芯片可以解决传统计算机难以处理的某些算法。但是，下一个难题是如何验证量子芯片是否按预期执行操作。NISQ芯片的输出看起来可能是完全随机的，要确定一切是否按计划进行需要很长时间。 近日发表在《自然·物理学》上的一篇论文中，研究人员描述了一种新方法，可以有效地验证NISQ芯片已经执行了所有正确的量子操作。 分而治之：先分解，再还原 研究人员的工作实质上是将量子电路产生的输出量子状态追溯到已知的输入状态。这样做可以揭示从输入到输出执行了哪些电路操作。这些操作应始终与研究人员编写的程序相匹配。如果不匹配，研究人员可以利用这些信息来确定芯片上哪里出了问题。 为此，研究人员从神经网络中汲取灵感，构建了一个新的“量子神经网络”（QNN），其中每一层代表一组量子运算。 为了运行QNN，研究人员使用传统的硅制造技术来构建2 x 5毫米NISQ芯片，成对的光子从外部组件以特定的波长生成，并注入到芯片中。光子穿过芯片的移相器，移相器会改变光子的路径，从而相互干扰。 这个过程将产生一个随机的量子输出状态，用以表示在计算过程中将发生的情况。输出信号由一组外部光电探测器传感器测量。 将输出发送到QNN中。QNN的第一层使用复杂的优化技术来挖掘嘈杂的输出，区分所有叠加在一起的单个光子的签名。然后对单个光子进行“解扰”，识别是哪些电路操作将其返回到对应光子的已知输入状态。这些操作与电路特定设计完全匹配。 然后对所有后续层都进行相同的计算，直到所有光子都处于未加密状态为止。 例如，假设输入处理器的量子比特的输入状态全为零。由NISQ芯片对量子比特执行一系列操作，生成大量看似随机的数字输出 QNN会逐层确定哪些操作将每个量子比特还原回其输入的零状态。如果有任何操作与原计划的操作不同，就说明出现了问题。研究人员可以检查预期输出与输入状态之间哪里不匹配，并根据这些异常来调整电路设计。 玻色子“解采样”：算的准不准一测便知 在实验中，研究小组成功运行了一项流行的计算任务，该任务用于证明量子优势，该任务名为“玻色子采样”，通常在光子芯片上执行。实验中，移相器和其他光学组件操纵一组输入光子，并将其转换为输出光子的不同量子态叠加。实验任务是计算某个输入状态与某个输出状态相匹配的概率。 但是由于光子的不可预测性，传统计算机几乎不可能完成这个任务。从理论上讲，NISQ芯片可以快速计算。但是，由于NISQ操作和任务本身的复杂性，到目前为止，还没有方法可以快速、轻松地进行验证算出来的结果到底对不对。 卡洛兰说：“赋予这些芯片量子计算能力的相同特性几乎使它们无法验证。” 在实验中，研究人员能够在其定制的NISQ芯片上“解采样”遇到玻色子采样问题的两个光子，验证只需很短的时间，可以采用传统的验证方法。 “从这个角度来看，该方案是未来量子工程师的重要基准测试工具。 卡罗兰说，尽管该方法是为量子验证目的而设计的，但也可以用来发现有用的物理性质。例如，某些分子在激发时会振动，并基于这些振动发出光子。将这些光子注入光子芯片，可用于发现有关分子的量子动力学的信息，进行生物工程分子设计。 “我们的梦想是，希望这个验证技术可以解决物理世界中更多有趣的问题。” 参考链接： http://news.mit.edu/2020/verify-quantum-chips-computing-0113 原文章作者：新智元，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

【观点】加密世界如何为量子计算做准备 1。什么是量子计算？ 量子计算是一种处理数据和解决问题的新方法，与日常设备中广泛使用的经典计算不同。 在过去的十年中，有时被认为是物理上不可能的量子计算机已经从“ If”领域转移到“ When”领域。综上所述，某些计算（以前由于与传统计算不兼容而被认为在功能上是不可能的）现在对于量子计算机来说只是时间问题。 目前，区块链的加密功能被认为是安全的，因为打破它们需要大量的计算资源，而这是传统计算机无法实现的。然而，一台量子计算机将能够在几天之内打破这种密码屏蔽。 量子计算机背后的思想是，通过利用量子力学来超越传统计算机的范围，量子力学是在亚原子尺度上描述行为和定律的物理学领域。 量子现象不易掌握，因为与经典力学相比，它们受完全不同的定律支配。正如诺贝尔奖获得者理查德·费曼（Richard Feynman）曾经说过的那样：“如果您认为自己了解量子力学，那么您就不了解。” 想想看：亚原子粒子可以一次存在于多个地方（称为叠加），可以在时间上向前或向后移动，甚至可以通过所谓的纠缠来传送。量子计算机旨在从这些科幻特征中受益。 传统计算机处理器的晶体管使用编码为零或一的位运行，而量子计算机则使用所谓的量子位或量子位。后者可以将零和一编码为两种不同的状态，并利用它们的“叠加”和“纠缠”。换句话说，量子位允许同时执行大量计算。 如今，量子计算的领导者是美国科技巨头IBM和Google。英特尔和微软紧随其后。亚马逊也热衷于加入联盟。最近，这家电子商务庞然大物宣布已在其AWS服务器上提供量子计算即服务。 谷歌甚至声称最近它已经实现了量子霸权，这是量子计算的一个里程碑，量子设备可以解决典型计算机无法解决的问题。 【观点】加密世界如何为量子计算做准备 2.量子计算机如何工作？ 量子计算机根据对象的状态在被测量之前的概率（而不是1s或0s）执行计算，这意味着与传统计算机相比，它们具有处理指数级数据的潜力。 经典计算机使用物理状态的确定位置执行逻辑运算。这些通常是二进制的，这意味着其操作基于两个位置之一。单个状态（例如，打开或关闭，向上或向下，1或0）称为位。 在量子计算中，运算改为使用对象的量子状态来产生所谓的量子位。这些状态是物体在被检测到之前的不确定属性，例如电子的自旋或光子的极化。 未测量的量子状态不是处于清晰的位置，而是在混合的“叠加”中发生，这与硬币在落到您手中之前在空中旋转不同。 这些叠置可以与其他对象的叠置纠缠在一起，这意味着它们的最终结果在数学上也会相关，即使我们还不知道它们是什么。 这些未解决的“旋转硬币”纠缠状态背后的复杂数学可以插入到特殊算法中，以简化问题的处理，而这将需要一台经典计算机花很长时间才能解决……如果他们可以算出它们的话。 这样的算法在解决复杂的数学问题，生成难以破解的安全代码或预测化学反应中的多个粒子相互作用方面将非常有用。 【观点】加密世界如何为量子计算做准备 量子计算机的类型 构建功能量子计算机需要将对象保持足够长的叠加状态，以对其执行各种处理。 不幸的是，一旦叠加与被测系统中的材料相遇，它就会以所谓的“退相干”失去其中间状态，并成为无聊的古老经典位。 设备需要能够使量子态免受退相干的影响，同时仍使它们易于阅读。 无论是使用更强大的量子过程还是寻找更好的方法来检查错误，不同的过程都从不同的角度应对这一挑战。 量子计算至上 目前，经典技术可以管理在量子计算机上抛出的任何任务。量子至上描述了量子计算机胜过其经典同类产品的能力。 一些公司，例如IBM和Google，声称我们可能会很接近，因为他们继续将更多的量子位组合在一起，并制造出更准确的设备。 并非所有人都相信量子计算机值得付出努力。一些数学家认为，存在实际上无法克服的障碍，使量子计算永远无法实现。 3.量子计算是否对区块链构成威胁？ 简短的答案是肯定的，但有细微差别需要考虑。 首先，量子计算本身并不是对区块链的威胁，而是对使用该技术的项目的威胁。尽管当今的量子计算机无法破坏区块链及其底层的密码学，但实际上，即将出现的大型计算机确实是一种威胁，需要为此做好准备。 尽管即将推出的量子计算机可能具有打破当今区块链加密技术的能力，但当世界采用抗量子区块链甚至节点依赖量子计算机的分布式分类帐技术时，这种威胁可以减少到零。 【观点】加密世界如何为量子计算做准备 4.量子计算会威胁哪些加密算法和区块链？ 强大的量子计算机可能会威胁到所有依赖ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）的区块链，包括比特币和以太坊。 ECDSA已成为在公钥密码系统下创建密钥的金标准，该系统用于在大多数区块链中签署交易。该系统允许我们创建一个随机的256位私钥和一个派生公钥，可以与任何第三方共享。这样，几乎不可能找到生成公钥的私钥，但是量子计算机可以采用一种算法来解开公钥和私钥之间的数学关系，从而揭示和损害私钥。 比特币（BTC）代表了区块链的第一个实际使用案例，它依旧是目前最主要的加密货币。比特币已经成为主流并吸引了许多机构投资者的事实，使它成为数字货币中第一个被保护免受任何潜在威胁（包括量子计算机）的候选人。 2017年，在比特币爆炸式增长的同时，新加坡国立大学的Divesh Aggarwal及其同事研究了量子计算机对比特币的威胁。他们是最先得出危险即将来临的结论之一。 作者说：“比特币使用的椭圆曲线签名方案受到的威胁更大，并且可能最早在2027年被量子计算机打破。” 然而，似乎量子技术正在以比先前预期更快的速度扩展。最近，谷歌宣布已实现“量子至上”，这表明它已经建造了一台能够解决以前无法解决的数学任务的计算机。 不过，以太坊的联合创始人Vitalik Buterin，商人Andreas Antonopoulos和其他加密专家并不惧怕Google的创新。 分享一个不错的微信公众号搜索【今日币有约】，可以关注下，纯交流哦，行业投资动态及时分享。 原文章作者：微微见闻，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

新智元报道 【新智元导读】谷歌已经实现“量子优势”，但如何确定量子计算机算的对不对，是否按预定设计执行了计算步骤，仍是一个难题。近日，MIT与谷歌的研究人员利用量子神经网络的“解采样”解决了这个问题。论文已发表在《自然·物理学》上。「福利：今晚8点，刘天义博士为您解读云游戏性能及优化，戳右边链接上 新智元小程序 参与直播！」 为了让量子计算尽快推向实用，麻省理工学院，谷歌等机构和企业设计了一种系统，可以验证量子芯片是否能够准确执行了传统计算机无法完成的复杂计算。 量子芯片使用“量子比特”执行计算，量子比特可以表示对应于经典二进制位的两个状态（0或1）或两个状态同时呈现的“量子叠加”。这种独特的叠加状态，可以使量子计算机解决经典计算机几乎无法解决的问题，在材料设计，新药发现和机器学习等方面取得突破。 完全体的量子计算机的运行需要数百万个量子比特，目前远远没法实现。过去几年中，研究人员开始开发包含大约50至100量子比特的“噪声中级量子”（NISQ）芯片。 NISQ芯片可以解决传统计算机难以处理的某些算法。但是，下一个难题是如何验证量子芯片是否按预期执行操作。NISQ芯片的输出看起来可能是完全随机的，要确定一切是否按计划进行需要很长时间。 近日发表在《自然·物理学》上的一篇论文中，研究人员描述了一种新方法，可以有效地验证NISQ芯片已经执行了所有正确的量子操作。 分而治之：先分解，再还原 研究人员的工作实质上是将量子电路产生的输出量子状态追溯到已知的输入状态。这样做可以揭示从输入到输出执行了哪些电路操作。这些操作应始终与研究人员编写的程序相匹配。如果不匹配，研究人员可以利用这些信息来确定芯片上哪里出了问题。 为此，研究人员从神经网络中汲取灵感，构建了一个新的“量子神经网络”（QNN），其中每一层代表一组量子运算。 为了运行QNN，研究人员使用传统的硅制造技术来构建2 x 5毫米NISQ芯片，成对的光子从外部组件以特定的波长生成，并注入到芯片中。光子穿过芯片的移相器，移相器会改变光子的路径，从而相互干扰。 这个过程将产生一个随机的量子输出状态，用以表示在计算过程中将发生的情况。输出信号由一组外部光电探测器传感器测量。 将输出发送到QNN中。QNN的第一层使用复杂的优化技术来挖掘嘈杂的输出，区分所有叠加在一起的单个光子的签名。然后对单个光子进行“解扰”，识别是哪些电路操作将其返回到对应光子的已知输入状态。这些操作与电路特定设计完全匹配。 然后对所有后续层都进行相同的计算，直到所有光子都处于未加密状态为止。 例如，假设输入处理器的量子比特的输入状态全为零。由NISQ芯片对量子比特执行一系列操作，生成大量看似随机的数字输出。 QNN会逐层确定哪些操作将每个量子比特还原回其输入的零状态。如果有任何操作与原计划的操作不同，就说明出现了问题。研究人员可以检查预期输出与输入状态之间哪里不匹配，并根据这些异常来调整电路设计。 玻色子“解采样”：算的准不准一测便知 在实验中，研究小组成功运行了一项流行的计算任务，该任务用于证明量子优势，该任务名为“玻色子采样”，通常在光子芯片上执行。实验中，移相器和其他光学组件操纵一组输入光子，并将其转换为输出光子的不同量子态叠加。实验任务是计算某个输入状态与某个输出状态相匹配的概率。 但是由于光子的不可预测性，传统计算机几乎不可能完成这个任务。从理论上讲，NISQ芯片可以快速计算。但是，由于NISQ操作和任务本身的复杂性，到目前为止，还没有方法可以快速、轻松地进行验证算出来的结果到底对不对。 卡洛兰说：“赋予这些芯片量子计算能力的相同特性几乎使它们无法验证。” 在实验中，研究人员能够在其定制的NISQ芯片上“解采样”遇到玻色子采样问题的两个光子，验证只需很短的时间，可以采用传统的验证方法。 “从这个角度来看，该方案是未来量子工程师的重要基准测试工具。 卡罗兰说，尽管该方法是为量子验证目的而设计的，但也可以用来发现有用的物理性质。例如，某些分子在激发时会振动，并基于这些振动发出光子。将这些光子注入光子芯片，可用于发现有关分子的量子动力学的信息，进行生物工程分子设计。 “我们的梦想是，希望这个验证技术可以解决物理世界中更多有趣的问题。” 参考链接： 原文章作者：一点资讯，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

? 更多精彩视频登陆网站 www.koushare.com Frank Wilczek 弗兰克·维尔切克是麻省理工学院物理学教授、量子色动力学的奠基人之一。因在夸克粒子理论（强作用）方面所取得的成就，他在2004年获得了诺贝尔物理学奖。 量子计算，从QPU开始 作者 | Frank Wilczek 翻译 | 胡风，梁丁当 配音 | 李娜（蔻享学术） 英文原文于2019年3月14日发表于华尔街日报。 使用量子比特的计算机性能将远超普通计算机，然而要实现它，我们还面临重重困难。 New systems using ‘qubits’ instead of classical bits will be vastly more powerful--but they still face important obstacles. 近几年，量子计算机领域有许多重要的进展。IBM、谷歌和微软是这些进展的主要推动者，一些大学科研团队和国家实验室也有重要贡献。量子计算技术前途无量，这一点已是业界的共识。然而对于未来量子计算机具体是什么样子的，又将有多大的影响力，却还没有个清晰的说法。事实上，越来越明显的一个趋势是，今后将会出现规模和形式多种多样的量子计算机，以适应不同的用途。 In recent years there has been a lot of progress in the field of quantum computers. IBM, Google and Microsoft are big players, as are several university-based research groups and national laboratories around the world. There is a widespread sense that the technology has great promise, but the exact nature and scope of that promise has been only vaguely defined. Indeed, it’s becoming clear that quantum computers will come in a variety of different sizes and shapes, suited for different purposes. 传统的计算机以比特作为信息的存储单元。一个比特有两个状态：1或者0（比特的英文Bit是二进制数字，即binary digit的简写）。各类复杂的信息--从棋子的位置、蛋白质的结构到猫的图片，都可以转换成一长串比特。而量子计算机则是使用量子比特（英文简称为qubit）。量子比特可以是1，也可以是0，还可以是介于1和0之间某种状态。这种状态叫做叠加态，是1和0两种状态不可分解的混合。在不同的探索性量子技术中，量子比特的载体可能是单个的原子、电子、微小的超导环，或是更奇特的“任意子”（这是我提出并命名的一种准粒子）。量子比特比经典比特更加复杂，能够存储的信息密度也更高。 Ordinary computers store information in the form of bits, which can be in one of two states, 1 or 0. (“Bit” is short for binary digit.) Long sequences of bits can encode complex information of many kinds, from chess positions to protein structures to pictures of cats. Quantum computers, on the other hand, use quantum bits, called qubits. Qubits can be 1, 0 or something in between--so-called superpositions, which are indissoluble mixtures of 1 and 0. In different exploratory technologies, qubits can take the form of individual atoms, electrons, minuscule superconducting loops or more exotic “anyons” (a breed of emergent particle that I studied and named). Qubits, being more intricate than bits, can store information more densely. 经典计算机并不适用于模拟量子系统。原因很简单：它们没有足够的空间来存储和操作量子系统所含的信息。量子计算机应该能更好地模拟量子系统。从理论上讲，它们能够计算各类材料的性质，包括可能的催化剂、药物、太阳能电池和蓄电池。这样的话，我们就不用再做那些费时费力的试探性实验了。 Classical computers aren’t well adapted to simulating quantum systems. They simply don’t have enough room to store and manipulate the required information. Quantum computers promise to be much better at quantum mechanics. In principle, that will enable them to calculate the properties of matter, including potential catalysts, drugs, solar cells and batteries, eliminating the need for laborious, hit-or-miss experiments. 也有人称，量子计算机还能充当破解密码的工具。但是这类应用的要求非常苛刻，需要利用数千个量子比特进行精确计算。这个目标距离我们还非常遥远，在可见的未来，通用量子计算机大致将局限在几十个量子比特以内，并且出错率很高。 Quantum computers are also touted as tools for cracking codes. But those applications are very demanding, requiring precise calculations involving thousands of qubits. That prospect is futuristic. For the foreseeable future, general purpose quantum computers will be restricted to a few tens of qubits, and they will be error-prone. 量子比特尽管性能强大，却很脆弱，且难以操控。在外界环境或其他粒子的干扰下，量子比特存储的信息很容易被打乱。比如，我们都知道传统计算机存储器中的信息可以被强磁场消除，而量子存储器对比那小得多的磁场都非常敏感。 they’re also delicate and hard to work with. If qubits are jostled by environmental fields or particles, it can scramble the information they were meant to encode. We’re familiar with the fact that a computer memory can get erased by a large magnetic field, for example, but quantum memory is sensitive to much smaller fields. 相比之下，虽然量子模拟器不那么灵活、不允许任意编程，但对于研究量子力学来说，却是更容易实现的替代方案。这种方法的基本策略是这样：如果一个特定量子系统的行为很有趣但是很难通过实验来研究，我们就利用另一个比较容易操控的量子系统来模拟它。超冷原子系统就是一种特别有用的量子模拟器，因为我们可以通过调节激光、电场和磁场来囚禁和操控原子，进而调控原子之间的相互作用。例如，我们可以用冷原子来模拟中子的行为，从而了解中子星的内部物质状态。 Quantum simulators are a less flexible but much easier alternative for studying quantum mechanics. The idea is to mimic the behavior of a particular quantum system that is interesting but difficult to study by using another quantum system that is more user-friendly. Assemblies of ultracold atoms are especially useful quantum simulators, because we can manipulate their interactions by bathing them in adjustable laser light, together with electric and magnetic fields. For example, we can use cold atoms as stand-ins for neutrons, to learn about neutron-star interiors. 经典-量子混合计算是另一个有前途的发展方向--经典计算机可以调用一个相对较小的量子“协处理器”来做一些关键的计算。这种协处理器的作用类似于图形处理单元（GPU，一种能非常高效地执行一些专门运算的超高速芯片）。GPU最初是为电脑游戏而设计开发的，它们使电脑可以快速地刷新图形显示。但是，聪明的研究人员发现，它们还可以用在别的很多地方，特别是模拟夸克和胶子是如何形成质子的。 Another promising development is classical-quantum hybrids, in which a classical computer can call on a relatively small quantum “coprocessor” to do critical calculations within its own programs. The coprocessor strategy follows the spirit of Graphical Processing Units (GPUs)-superfast chips that do some specialized operations extremely efficiently. GPUs were originally developed for use in computer games, where they make it possible to update fast-paced displays. But ingenious researchers have exploited them in many other ways—notably, to simulate how quarks and gluons build up protons. 在大型的通用量子计算机问世--如果真有那么一天--之前，这种经典--量子混合策略有可能使专门用于化学和材料科学的量子计算变成现实。让量子处理单元（QPU）尽快到来吧！ The hybrid strategy could start to deliver on the promise of quantum computation for chemistry and materials science long before large, general-purpose quantum computers are available—if they ever are. Bring on the QPUs! 关于“墨子沙龙” 墨子沙龙是由中国科学技术大学上海研究院主办、上海市浦东新区科学技术协会及中国科大新创校友基金会协办的公益性大型科普论坛。沙龙的科普对象为对科学有浓厚兴趣、热爱科普的普通民众，力图打造具有中学生学力便可以了解当下全球最尖端科学资讯的科普讲坛。 原文章作者：墨子沙龙，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

量子控制方面的最新发现，这可能会实现基于量子力学的超快量子计算：光诱导无能隙超导，超导电流的量子节拍。太赫兹和纳米尺度的物质和能量的量子世界（每秒几万亿次周期和十亿分之一米）对我们大多数人来说依旧是一个谜。爱荷华州立大学物理学和天文学教授王继刚（音译）说：我喜欢研究超导率超过千兆赫(每秒数十亿次)的量子控制，这是目前最先进的量子计算应用瓶颈。 其研究研究得到了Army research Office的支持，使用太赫兹光作为控制旋钮来加速超电流。超导性是电在某些材料中无电阻的运动，通常发生在非常非常冷的温度下，-400华氏度的高温超导体。太赫兹光是非常非常高频率的光，每秒几万亿次的频率周期，它本质上是非常强和强大的微波爆发，在很短的时间内发射。王和一组研究人员证明，这种光可以用来控制超导态的一些基本量子特性。 包括宏观超电流流动、对称性破坏以及获得某些被认为是对称性所禁止的超高频量子振荡。这听起来既深奥又奇怪，但它可以有非常实际的应用。光诱导的超导电流为电磁设计量子工程应用的涌现，材料特性和集体相干振荡开辟了一条前进的道路，其研究于2019年7月1日发表在《自然光子学》(Nature Photonics)上。换句话说，这一发现可以帮助物理学家通过推动超电流，创造出速度极快的量子计算机。 如何控制、访问和操纵量子世界的特殊特性，并将它们与现实世界的问题联系起来，是当今科学界的一大推动。美国国家科学基金会(National Science Foundation)将这一“量子飞跃”纳入了未来研发的“十大理念”。科学基金会对量子研究的支持总结说：通过利用这些量子系统的相互作用，下一代用于传感、计算、建模和通信的技术将更加精确和高效。 要达到这些能力，研究人员需要了解量子力学，以观察、操纵和控制粒子和能量的行为，其尺寸至少要比人类头发的宽度小100万倍。王和合作者——来自爱荷华州的徐阳、齐拉格·瓦斯瓦尼和梁罗，负责太赫兹仪器和实验威斯康星大学麦迪逊分校的Chris Sundahl、Jong-Hoon Kang和Chang-Beom Eom负责高质量超导材料及其表征，伯明翰阿拉巴马大学的Martin Mootz和Ilias E. Perakis负责模型的建立和理论模拟。 通过发现新的宏观超导电流流动状态和开发量子控制开关和调制来推进量子前沿。从太赫兹光谱学仪器获得的实验数据表明，太赫兹超导电流的光波调谐是一个通用的工具，它是推动量子功能在许多交叉学科达到极限的关键，目前的研究为未来多年通过太赫兹量子控制，光波超导电子开辟了一个新的领域。 博科园｜研究/来自：爱荷华州立大学 参考期刊《自然光子学》 DOI: 10.1038/s41566-019-0470-y 交流、探讨、学习、科学圈 原文章作者：科学之美，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

量子计算被业内认为是今后数据爆炸时代的顶级运算支持平台，据说算力相较于硅芯片，有着指数级增加。 不过，东芝日前宣布了一项名为“模拟分岔（Simulated Bifurcation Algorithm，SBA）”的算法，可用于大规模优化组合类求解场景，精确快速地找到最佳答案。 据悉，SBA始于2015年，发起人是Hayato Goto。他从量子计算中得到灵感，发明了这套可用于改进当前标准计算机的新算法。数据显示，它可以在50微秒内从一组具备2000个连续变量的优化问题中得到最优解，比基于激光的量子计算机快10倍。 东芝希望利用SBA来优化金融业务，如货币交易和快速调整投资组合，令爱，它很可能还将被用来计算运输服务路线和分子尺度的药物开发。 尽管量子计算前景广阔，可微软、IBM、谷歌等成果还停留在实验室阶段。 原文章作者：一点资讯，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

我们将与科技谈话者讨论量子计算。 首先，量子计算机何以成为量子计算机。我将让科技谈话者来解释一下。 科技谈话者：它指的是量子……咄！好吧，但说真的，普通计算机使用储存在晶体管中的二进制数字（1和0）处理数据。它使用二进制数字来执行指令、储存图片、播放音乐、查看Facebook，做几乎所有你能想到的事情。量子计算机以量子比特或者说量子二进制数字的形式储存数据。量子比特很难捉摸，因为既可能是0，1，也有可能二者皆有。 量子计算让编程和数学领域出现一些振奋人心的事情成为可能。 量子二进制数字或者量子比特之所以表现为这样是因为一种叫作态叠加的原理。态叠加原理是量子计算背后的核心法则。我们在讨论态叠加时，通常会用到电子这一例子。电子具有自旋的特性，旋转的方向既可能是向上也可能向下。然而，根据量子力学理论，电子不仅能向上或向下旋转，它还具有一种综合两种状态而任意线性组合的旋转形式。线性组合意味着它可以同时具有向上旋转的状态也有向下旋转的状态。 奇怪之处在于，当一个观察员看到电子向上旋转的时候，另一个观察员可能会看到电子向下旋转。即使两个观察员精确地在同一时刻观察电子，这些观测差异依旧存在——这一事实意味着在量子力学中，我们认为电子同时具有这些旋转形式。我们将其称之为属性态叠加。 这对量子力学意义重大，因为正如科技谈话者所言，普通计算机使用一个位（1或0）来处理数据，所以一台8位计算机能在任何给定的时间处理1至256种状态中的任意一种。而利用态叠加状态的量子计算机则可以同时处理256种状态。这意味着，对某种（尽管不是全部）算法而言，量子计算机将带来计算能力的巨大飞跃。 那么量子比特究竟是什么呢？ 正如一台常规计算机通过各种各样的方式（例如在硬盘、DVD和内存芯片上存储二进制数字的不同方式）代表一个常规的位一样，一个量子比特也能通过不同的东西来代表。如我所提到的，电子、光子和原子核都是很好的量子比特。事实上，任何具有量子特性的物体都可以用作量子比特。这里你能看到一个完整的清单。 量子纠缠告诉我们，两个粒子互相联接时，如果你弄清其中一个粒子的状态，你马上就能知道另一个粒子的状态。 科技谈话者：量子计算机通过态叠加的分解进行一些有趣的计算，这些计算普通计算机很难完成。例如，普通计算机很难找出质数的因子，所以几乎所有的密码术都会用到某种形式的大型质数或者单向函数，以此保护数据安全。 目前，因为每个量子比特能同时以所有状态存在，你可能好奇这些东西是如何储存信息的。为了实现储存，我们需要利用量子理论的另一个特性——量子纠缠。 量子纠缠告诉我们，两个粒子互相联接时，如果你测量其中一个粒子的状态，你立刻也能知道另一个粒子的状态，不管这两个粒子距离多么遥远。这在量子计算中有几个影响，其中最重要的影响之一就是它能让我们把量子计算机的量子比特缠绕起来，这样，一旦我们知道其中一个的状态，我们就能知道其他所有量子的状态。 因此遵循着这两条法则，量子计算机能够迅速地执行计算——极其迅速得计算那些过去被认为是不可能在合理的时间内解决的难题。例如，一台运用恰当算法的量子计算机可以相对轻易地破解牢固的密码。因此我们离用量子计算机取代智能手机还有多远？ 科技谈话者：现在还不必担心。目前为止，我们的量子计算机还处于用几个量子比特进行简单计算的阶段。然而，在将来，这将给科技带来一些十分有趣的改变！ 总结 所以这就是量子计算。 如果你感到有些疑惑，别担心。即使是在量子计算领域的重要科学家也发现，它无法仅靠直觉来领悟。尼尔斯·玻尔说：“那些第一次听到量子理论而没被震惊的人，可能还没能理解它。”理查德·费曼说，“我可以很有把握地说还没有人能理解量子力学。” 参考资料 1.WJ百科全书 2.天文学名词 3. Richard- quickanddirtytips 如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处 原文章作者：天文在线，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

文 | AI国际站 艾娃 编 | 唐恩 本文由AI国际站 原创出品，未经许可，任何渠道、平台请勿转载，违者必究。 自从有史以来，2019年是量子计算突破最大的一年。今年是IBM将一台量子计算机装进玻璃方盒子里，谷歌声称其Bristlecone系统达到了量子至上的地位。但是，也许最令人兴奋的是全球大学和智囊团正在进行的惊人研究。世界各地的科学家陆续发表了一篇突破性论文。让我们回头看看。 2019年初，IBM则沉浸在盒子里世界上第一台独立式量子计算机的光芒之下。尽管这一特殊的量子计算事件比物理学和发展事件更像是一场美学和设计上的努力，但它完美地代表了量子计算机的转折点。直到现在，量子计算机一直是模糊的，理论的东西，存在于物理学家的心中。 正如我们当时所说的那样：IBM的新型量子计算机可能不会改变一切，但可以创造历史。接下来，来自澳大利亚格里菲斯大学和新加坡南洋理工大学（NTU）的一组科学家的研究使我们赞叹不已，他们开发了一种能够精确模拟未来结果的量子动力机器。他们做了一个可以在AI上运行的量子动力神谕。目前，它只预测16个未来并且它主要只是试图弄清楚单个光子的去向，但进一步的发展可能会将其转变为小工具。 来自阿贡国家实验室，密歇根州奥克兰大学和中国复旦大学的研究人员发现了一种量子级的利用方法，可以使工程师更好地控制某些金属的磁性。他们的想法更像是数量惊人的量子磁盘驱动器。 耶鲁大学研究人员团队-解决了量子物理学中的整个“死猫”问题。该团队深入研究了量子力学的内部运作原理，并在中途跃入了一个粒子。是的，这是一个巨大的飞跃，现在我们可以捕获并重定向它们，但是我们已经从这里得到了它。 科学家还模拟了不朽的准粒子，最终可能会创造出一个真正永久的人类记录。因此，请观看您在社交媒体上发布的内容，横滨国立大学的科学家将量子数据传送到有缺陷的钻石中。 然后是第一个暗示，谷歌正处于“量子至上”的边缘。在某个时刻，有人会出现并制造出一种量子计算机，该计算机可以完成传统（二进制）计算机无法完成的工作。这是至高无上的，但是没有这样的壮举的“官方”基准。直到Google提出自己的决定并超越了它。在公司准备就绪之前，有关Google成就的消息被意外泄露，IBM对此进行了猛烈抨击。我们依旧不确定 Bristlecone是否是至高无上的，但它确实很棒。 有什么比使用量子比特而不是二进制比特的计算机更好的呢？一种使用Qutrits。好吧，至少在理论上。2019年来自几个独立小组的研究为“ qutrits”（一种量子比特的多口版本）提供了新的思路。实际上，qutrits类似于trits，而qubits类似于bit。 时间旅行不仅是可能的，而且所有量子计算机都将有能力做到这一点，只是在您不习惯的意义上。这是一个思想实验，解释了量子计算机将如何通过时间旅行得出结论，以及如何使它们比二进制计算更具优势。 而且，如果您想知道量子计算机要花多长时间才能完成任何真正酷的事情，我们现在可能实际上生活在其中。实际上，我们的整个宇宙可能是更大的宇宙量子计算系统的一部分，也许我们会在2020年发现。 有太多的突破，研究论文和大量的公告供我们报道，但是，如果您问我们，2019年是自爱因斯坦开始思考相对论以来量子物理学最好的一年。未来2020年将变得更加强大。 原文章作者：AI国际站，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

受访者供图 “现在用的密码算法，特别是公钥密码算法，在量子计算机出现以后，会有被破解的风险。我们正在试着开发一些新的密码算法，使它们在量子计算机出现之后，依旧可以被使用，无惧量子计算威胁。”说起“后量子密码”，南京航空航天大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师刘哲语速飞快。 0和1，两个简单到极致的数字，由它们构筑起的密码世界，如今几乎是刘哲人生的全部。 近年来，刘哲首次将可抵抗量子攻击的格密码算法，应用在嵌入式芯片上，并且提出了轻量级策略来抵抗侧信道攻击，为我国设计下一代适合物联网的密码算法提供了实践依据。 前不久，阿里巴巴达摩院揭晓第二届青橙奖获奖名单。刘哲凭其在密码算法与系统领域取得的成果，捧起了该奖的奖牌。 最初连开机都战战兢兢 2004年9月，刘哲以优异的成绩考入山东大学。对于乡村的孩子来说，计算机是个稀罕物，刘哲连见都没见过几次，但在强烈好奇心的驱使下，他选择了计算机和软件工程专业。 对于计算机这个新生事物，刘哲起初有点发怵，“刚开始连开机都战战兢兢”。 2004年，对中国密码学领域来说，是一个特殊的年份。这一年，山东大学教授、中国科学院院士王小云破解了国际著名密码算法MD5，这在18岁的刘哲心里种下了密码学的种子。 “这一研究结果轰动了整个密码学界，密码学第一次真正进入了我的视野，它就像‘设谜’和‘猜谜’一样，其乐无穷。”刘哲自此对密码世界着了迷，他开始恶补密码学知识，学习晦涩的公式，并在4年后读研时选择了密码学方向，后赴卢森堡大学攻读博士学位。 近年来，随着物联网技术的兴起，物联网安全成为网络空间安全领域的一个研究热点。 如何提高物联网芯片的安全性？2014年，刘哲设计了一种适用于物联网芯片的轻量级MoTE椭圆曲线算法，并设计、实现、开源了基于该曲线的密码库。 MoTE曲线算法在多个方面，优于现有适用于物联网芯片上的椭圆曲线算法。“MoTE椭圆曲线可在资源受限的物联网芯片上，更高效、更节能地保护数据，保障物联网设备安全，同时也为我国设计适合物联网的密码算法提供了实践依据。”刘哲说。 为量子时代的密码筑起护城河 量子计算机何时才能出现，学界尚没有准确的预测，但不少学者认为，如果不采取预防措施，量子计算可能会给网络安全带来威胁。刘哲的另外一个研究方向，便是设计能在量子时代使用的密码算法，这类密码算法被称为后量子密码算法。 “刚开始接触后量子密码时，发现相关算法比较难实现，特别是在嵌入式设备，例如无线传感点、智能卡、手机等移动设备上。其难点在于嵌入式设备处理器的计算性能比较差，内存比较小，而后量子密码算法需要较大的内存。”刘哲说。 后来，刘哲在阅读大量文献后，利用处理器的结构特性，重构算法，设计出新的运行流程，减少内存和处理器之间的数据交换次数，以提高运算速度，减少内存的占用量，并首次高效地把可以抵抗量子攻击的格密码实现在嵌入式芯片上。该成果论文在密码工程领域顶级会议——密码硬件与嵌入式系统国际会议（CHES）上发表。 刘哲说，该研究成果已被收录进欧盟地平线2020项目的年度报告里，并受到了多位国际密码学家的肯定。 回国后，刘哲与中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室的研究人员合作，将我国自主设计的格密码算法LAC实现在各类嵌入式芯片上，为LAC密码算法参与国际密码标准竞争提供重要支撑。 曾质疑自己的科研能力 刘哲的科研之路并非一帆风顺。他坦言，自己的第1篇学术论文曾被拒3次，前后历时1年才得以发表。“那时曾对自己充满质疑，不知自己究竟是否适合读博。” 那时，刘哲的导师、卢森堡大学教授基恩·塞巴斯蒂安·科隆对他进行了开导，让他明白，论文暂时不被认可并不代表科研工作不被认可。 此后，刘哲依然保持每天12小时、每周工作6天的工作节奏，常常半夜起来写论文。付出总有回报，最终他在毕业时，获得卢森堡国家自然科学基金委当年授予的、唯一的杰出博士毕业论文奖，也成为首位获得该奖项的中国人。 面对量子计算时代的挑战和万物互联的时代需求，刘哲希望自己能设计出安全性好、性能优、代码量小的后量子密码算法，推动我国后量子密码算法标准的制定。 近年来，刘哲已带领南京航空航天大学网络空间安全团队在密码工程、物联网安全、区块链技术、人工智能安全等领域取得了一系列突出的研究成果，在国际安全会议上3次获得最佳论文奖。未来，他希望能将自己的研究成果应用于国家电网、工业控制网络等领域。（金 凤） 原文章作者：一点资讯，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

2008年，一个化名中本聪的人发表了一篇题为《比特币：一种点对点的电子现金系统》的旷世论文，创造出了比特币这种虚拟数字货币，其底层技术就是目前我们常说的区块链。 1 比特币系统的形象表示 比特币系统的密码技术 比特币系统的形象表示 如上图所示，比特币系统中每一个节点都是一台单独的计算机，每一个区块是对应计算机上的一个存储空间，每个区块上记录的是一段时间内的比特币交易记录。区块与区块之间通过时间戳和一个被称为“哈希函数”的单向函数保证相关节点上存储的记录数据不可被篡改。比特币系统将交易记录数据通过点到点网络，也就是P2P对等网分发存储在全网所有节点上，通过这种数据的高度冗余，从另一个层面保证了数据的全网一致性。 比特币系统是一种分布式系统，这种分布式系统可以解决传统中心化信息系统可能存在的中心节点失效、记录数据被篡改、其他节点对中心节点信任不足等问题。比特币系统可以看作是一个分布式的链接账本，每个区块就是一个账本。这个系统基于分布式的共识算法来决定由谁来记账。在比特币系统中的共识算法是POW，即工作量证明，获得记账权的节点将获得系统给予的一定数量的比特币。账本按共识算法确定的规则链接，当前账本含有上一个账本的哈希值。所有交易在这个账本中可以追溯。 区块链与密码学 密码学是比特币系统的核心技术，也是区块链系统安全运行的基石。一旦相关的密码学算法被破解，区块链的系统安全将不复存在，其数据不可篡改性也将荡然无存。 比特币系统中多个环节使用到了密码学算法，包括各种常用的编码算法、哈希算法、签名算法等。这些算法在构建比特币系统以及确保比特币系统正常运行过程中发挥着重要的作用。构建比特币系统最重要的两类密码算法就包括了哈希（HASH）函数和非对称密码算法。 比特币系统使用的密码技术 比特币系统或区块链技术并不是单一的技术，即使在密码学层面，也包含了非对称密码算法、哈希函数、安全多方计算等多种技术。 （1）非对称密码算法 非对称密码加密过程示意图 传统的对称密码算法在秘密信息传输时双方需要共享同一个会话密钥。秘密信息发送方使用这个会话密钥对信息进行加密之后传输，秘密信息接收方同样需要用这个会话密钥对接收到的秘密信息解密，还原出明文。这个会话密钥同样需要事先通过一个秘密信道进行保密传输，这在很多情况下是困难的甚至是不可能的。 非对称密码算法又被称为公钥密码算法，指的是存在一对数学相关的密钥，使用其中一个密钥对数据进行加密，只有使用另一个密钥才能对该数据进行解密。这对密钥中，对外公开的密钥叫做公钥，不公开的密钥叫做私钥。公钥就像银行的账户，私钥就像是该账户的密码或者账户所有者的签名。 A和B之间使用非对称密码算法进行信息传输，如果这个信息是秘密信息，A就可以用B的公开密钥对信息进行加密，然后发送出去。任何人都可以收到加过密的信息，但只有B可以用自己的私钥对这个信息进行解密，还原出明文。 如果A向B发送消息，发送之前，这个消息用A的私钥加密，任何人都可以用A的公钥解密。这个行为证明，这个消息就是由A发出的，而不是其他人发出的。这个动作在密码学上称为数字签名。 区块链上的有效交易数据包含了交易发起方的私钥签名，该交易的签名可以用交易发起方的公钥进行验证。公钥可以通过算法从私钥中计算得出，但私钥却不能从公钥中推出。 （2）哈希函数 哈希函数示意图 哈希函数是一类单向函数，这类函数可将任意长度的输入数据经由该算法转换为一组固定长度的输出数据。这种函数很容易被验证，但是却很难破解。在通常情况下，给定任何一个x作为输入，可以非常容易计算出输出的哈希值y，但却很难由y反向计算出x。此外，只要对x做一点小小的改动，y的变化就会极其明显。 比特币系统中每个区块上的数据除了原始数据或者交易记录，还包括上一个区块上所有数据的哈希函数值。比特币系统采用的是双SHA256哈希函数，也就是将上一个区块上所有数据用SHA256哈希函数进行两次运算，再将输出长度为256位的二进制数字存储在下一个区块链的区块头中。 （3）安全多方计算 安全多方计算用于解决一组互不信任的参与方在保护各自隐私情况下的协同问题。安全多方计算要确保各参与方输入的独立性、计算的正确性，同时不泄露各输入值给参与计算的其他成员。通俗地说，安全多方计算是指在一个分布式网络中，多个用户各自持有一些数据输入，他们希望共同完成对这些数据的计算，同时要求每个用户除计算结果外均不能获知其他用户的任何输入信息。 基于以太坊实现的智能合约已经能够实现链上计算。但是以太坊的链上数据都是公开透明的，任何人都可以获取这些数据，这也是以太坊迟迟无法跨入企业级和个人金融应用领域的原因。其实质就是以太坊缺乏对多方安全计算的支持，无法保护多方数据计算过程中的隐私。 比特币系统的挖矿原理 比特币系统为了维持系统运行，会给予记账者一定数量的比特币作为奖励。为了获得比特币奖励，很多人会参与到记账争夺权的活动中来。因此，由谁来记账，就需要进行竞争。参与比特币记账竞争的人，被称为矿工。 比特币系统的挖矿，简单来说，就是由所有矿工对当前区块做同样的哈希运算，一旦运算出符合特定要求的哈希值，即可对全网广播。其他人经过验证，证明这个人的运算是正确的，就认定这个人获得了当前区块的记账权。 比特币系统中每个区块的区块头数据结构如下。 区块头的结构和大小 区块头中的信息，在挖矿前大部分已经是固定下来的，或者是可计算的。 版本号。跟随比特币客户端而定，一段时间内不会改变。 前一区块的哈希值。是对前一个区块计算的结果。 Merkle_root 默克尔根。对当前区块中所有交易以二叉树方式进行的逐级哈希运算后得到的哈希值。 time区块生成时间。也是当前打包时的时间，具体数字是指从格林威治时间1970年1月1日0时0分0秒至今的时间，不需要很精确。 Target-bits 难度目标。参考上两周产生区块的平均生成时间而定，由系统进行调整，大体在10分钟左右。 nonce随机数。由挖矿需要可以进行调整的数字，32位二进制数字。 附带消息。指在区块中每笔交易后的附言，该附言可以让merkle root也发生变化，从而有更多的可能去找到符合要求的结果。 比特币挖矿的算法可表示为： 比特币挖矿算法 在这个算法中，前面部分定义了区块链的数据结构，后面部分就是对随机数进行遍历，直到找到符合条件的哈希值为止。 区块链其实是通过区块头而链接在一起的。下面的比特币区块头示意图解释了区块链和区块的构成。 比特币区块链和区块头关系示意图 比特币的挖矿流程可概括为： 矿工首先对交易进行验证，剔除有问题的交易，然后通过一套自定义的标准来选择将哪些交易打包进区块。比如将交易的费用与交易占用的字节大小的比值超过某个门槛作为判断标准，符合条件的交易才被认为有利可图。当然，矿工也可以特意选择加入某条交易，或者故意忽略某些交易。 如果是通过矿池挖矿，矿池的服务器会去筛选交易，然后分配给每个参与的矿机一个独立的任务。这个任务的难度小于总的挖矿难度，完成了小难度的计算，即确认了自己参与的工作量。每台不同的矿机计算的问题不会重复，当其中一台矿机成功挖矿时，其他矿机依据工作量分配获得的总收益。 一旦筛选好交易数据，按照时间排序，两两哈希，层层约减，通过这些交易就可计算出一棵Merkle树，可以确定一个唯一的哈希值，这个就是Merkle树的根。Merkle树中任何节点的变化，都会导致Merkle root发生变化。通过这个值，可以用来验证区块中的交易数据是否被改动过。 Merkle树示意图 2 量子计算与量子算法 量子计算与量子算法 量子计算是基于量子力学原理进行有效计算的新型计算模式，它能够利用量子的叠加性、纠缠性、相干性实现量子的并行计算。 1982年美国物理学家费曼提出量子计算概念。但由于量子态的测不准原则 以及量子系统容易受噪声干扰，量子运算很容易出错。1994年美国计算机专家Shor证明量子计算机可快速分解大因数，实现了第一套量子算法编码，量子计算以及量子计算机的研究才进入实验时代。美国国家标准技术研究院于2009年研制出世界上第一台通用编程量子计算机。 经典比特具有0和１这２种状态，量子比特与经典比特的不同之处在于1个量子比特除了可以像经典比特一样处于0和1这样的状态之外，还可以处于既非0又非１的状态，这个中间状态称为叠加态。量子叠加态是决定量子计算不同于经典计算的关键特性之一，也是量子并行计算的理论基础。相同位数的寄存器，量子计算机可记录的信息量是传统计算机的指数倍，在运算速度和信息处理能力方面，传统计算机无法比拟。量子并行计算体现了量子计算最重要的优越性。 量子算法是量子计算科学的重要部分。1989年Deutsch首次提出Deutsch量子算法，首次展示了量子计算机的并行性特征；1994年Shor提出大数质因子分解量子算法，并将该算法的量子编码实现；之后，Grover数据库搜索算法、量子智能算法相继被提出。基于Grover的量子搜索算法和基于Shor的量子Fourier变换算法是目前比较成熟的量子算法。 量子密码的安全性 量子密码的理论基础为量子力学，利用物理学原理对信息进行加密保护，创建安全的通信信道。 相比传统的基于数学的密码技术，量子密码技术拥有无条件安全性和对窃听者的可检测性，拥有巨大的发展前景。 量子密码的安全性基于以下三个量子力学基本定律。 一是海森堡测不准原理。由于量子具有波动性，在同一时刻微观粒子的位置与动量不能同时以相同的精度测定到确定值，只能精确测定两者之一。 二是量子不可克隆定理。量子系统的任一未知量子态，在不遭破坏的前提下，是不可能被克隆到另一量子体系上的。即测量必会改变量子状态，从而使通信双方察觉出通信是否被窃听。 三是测不准原理或测量即塌缩原理。如果粒子的量子态是一个叠加态，则对粒子的量子态的测量会影响到量子态本身，使其塌缩到它的一个本征态上，无法测出粒子的叠加态，这样测量就会留下痕迹。 量子保密通信的安全性不依靠数学计算的难度，而是依靠物理学定律，依靠量子力学的不确定、不可克隆的基本原理，因而理论上没法破解，更为可靠。 量子密码与传统密码具有很大的差异。首先传统密码算法是基于某个难解的数学问题，受限于当前的计算能力。量子密码基于量子力学，通过物理学原理而非数学问题，更加安全。随着量子计算的迅速发展，量子计算能力有了质的飞跃，传统密码被破解只是时间问题，其安全性将受到极大威胁。其次，传统密码体制很难证明密钥在传输、分发过程中未被窃听者窃取。量子密码在分发过程中，可有效识别攻击者的存在，从而保证通信过程的安全性。 量子计算对当前通用加密算法的影响 尽管主流的密码系统目前依然能够安全运行，但是在量子计算技术的潜在冲击下，几乎所有的加密算法都需要进行改进甚至重构。2016年4月，美国国家标准与技术局对当前主要的密码技术将受量子计算能力影响的情况进行了预测，如下表所示。 主要密码技术将受量子计算能力影响的情况预测（2016年） 过去30年，物理学家在构建实用型量子计算机方面取得了巨大的进步。 2019年10月23日，谷歌在《自然》杂志发布了 “使用可编程超导处理器的量子至上性”实验结果。谷歌人工智能量子团队开发了一种名为“ Sycamore”的新型54比特处理器，该处理器能在200秒内完成目标计算。而要想完成相同的目标计算，世界上最快的超级计算机需要10000年。 竞争对手IBM第一时间对谷歌的这一“宣称”做出回应。IBM在一篇博客中表示，谷歌高估了计算项目的难度，谷歌所宣称的经典计算机需要10000年执行的任务，其实只要2.5天就能完成。但尽管如此，2.5天和200秒相比，毕竟还不是同一个数量级。 区块链的安全基于密码算法的安全，如 Hash 函数的安全和椭圆曲线密码算法的安全。量子计算机的出现将在底层密码算法层面对区块链的安全产生严重威胁，比特币、以太坊等许多区块链系统都会受到冲击。 3 量子计算对区块链的冲击 以比特币为代表的区块链安全协议涉及２种类型密码技术。一个是比特币“挖矿”过程中使用的哈希函数，一个是区块链上提供数字签名的非对称密码。采用的算法分别是SHA-256 哈希算法，和椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。SHA-256 主要用于由公钥生成钱包地址，以及挖矿时的工作量证明（PoW），ECDSA 主要用于私钥、公钥的生成，签名和验签等。 量子计算对挖矿的威胁 比特币系统中，新的比特币通过“挖矿”产生，挖矿的过程就是矿工利用计算机计算比特币网络中数学问题的过程。第一个解决问题的矿工公布其答案，并计入账本，同步计入比特币网络中的所有节点。挖矿成功，系统奖励矿工一定数量的比特币。 比特币挖矿中使用的哈希函数是SHA-256。使用 SHA-256为每个区块计算一个随机数，虽然结果很容易验证，但搜寻过程非常艰难。通常采取的方法是使用蛮力搜索，意味着要尝试不同的输入，直到找到满意的答案为止。 量子力学中的Grover搜索从理论上可以解决这个问题。Grover算法在解决从无序数据库中搜索某个特定的数据问题方面有独特的优势，Grover算法使找到 Hash 函数的碰撞变得相对容易，也就意味着将会降低破解密码学哈希函数的安全级别。 那么反过来，能否用量子算法进行挖矿呢？如果用量子算法探矿，则需要相当快的量子哈希运算速度和更强的量子加速，但目前的技术水平还难以达到。关于量子计算机对挖矿的威胁，戴夫士阿加沃尔（Divesh Aggarwal）和新加坡国立大学（NUS）的研究人员进行了深入研究，并在2017年10月就此发表了论文。他们认为，至少在未来10年内，使用ASIC挖矿的速度会比量子计算机快，不过10年后，量子计算机的挖矿速度会飞速增长。 量子计算对非对称密码算法的威胁 非对称密码用于比特币系统中对交易的授权。非对称密码为系统中的所有用户分别分配1个公钥和1个私钥，公钥可广泛共享，私钥只有密钥所有者本人才知道。通过给定的私钥，可以很容易推算出对应的公钥，但反过来由公钥推算私钥，则非常困难。 比特币使用的非对称密码算法是椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），利用 secp256k1 生成密钥。该算法保证比特币只能被合法拥有者使用。 椭圆曲线密码在量子计算中很容易受到攻击。Shor算法在理论上可以很容易将其修改，以解密带有椭圆曲线的消息。目前世界上已经有几例分别从理论上和实践上利用Shor算法攻击 ECC 的研究案例。有专家预计在 2027 年，量子计算机就可以实现对密钥的破解，量子计算机破解加密签名所需的时间预估为10分钟。但目前来看，要实现量子计算对ECDSA的攻击，需要一定数量的量子比特，有外媒报道称是4000个，目前的量子计算机远达不到这样的水平。 谷歌量子计算机对密码算法的影响 谷歌量子计算机目前的水平基本可以从以下几个方面进行评判。 （1）谷歌的量子计算机还不是真正的量子计算机，不能实现所有的量子变换。只有实现破解密码算法中的那些变换，才可能对密码算法有影响。 （2）谷歌量子计算机能够实现的量子比特位数还很少。它完成的任务在大型传统计算机上也能完成。 （3）量子计算机实用化后，才有可能对基于离散对数和大合数分解设计的公钥算法有威胁。 （4）量子计算机对对称密码算法没有致命的威胁。从时间复杂性上看，只要密钥长度加倍，对称密码算法抗量子计算机的时间复杂性与电子计算机相同。 长远来看，运行Shor算法的实用量子计算机能够破解RSA、ECC等非对称密码算法。谷歌53个量子比特的量子计算机，针对一个没有应用价值的问题，验证了量子计算机比现有经典计算机强大。但目前谷歌量子计算机并不能对经典密码（包括非对称密码）的安全造成威胁。要想破译现用的RSA算法，目前估计需要能够稳定操纵几千个逻辑量子比特，相应的大概操纵百万量级的物理量子比特，要达到这一目标，还有很长的一段路。 后量子密码技术在区块链系统中的应用 尽管目前区块链应用所使用的本地加密算法是安全的，这并不代表区块链从业者们可以高枕无忧。研究在量子计算机出现后对区块链系统依旧安全的密码算法十分重要。后量子密码技术，作为未来 5-10 年逐渐代替 RSA、Diffie-Hellman、椭圆曲线等现行公钥密码算法的密码技术，正被越来越多的人所重视。 后量子密码，又被称为抗量子密码，是被认为能够抵抗量子计算机攻击的密码算法。此类加密技术的开发采取传统方式，即基于特定数学领域的困难问题，通过研究开发算法使其在网络通信中得到应用，从而实现保护数据安全的目的。 后量子密码的应用不依赖于任何量子理论现象，但其计算安全性据信可以抵御当前已知任何形式的量子攻击。在区块链系统中应用后量子密码技术，以保证区块链在量子计算机出现后依旧安全。 非对称密码是后量子密码技术发展的重点领域。如随着Shor算法的提出，包括RSA、ECC以及DH密钥交换技术等非对称密码算法已经从理论上被证明彻底丧失了安全性。相对于对称密码系统还可以采取升级措施应对量子威胁，非对称密码必须采取全新方法重建，因而也就成为了后量子密码技术发展的重点。 当前国际后量子密码研究主要集中于基于格的密码（Lattice-based cryptography）、基于编码（Code-based cryptosystems）的密码系统、多元密码（Multivariate cryptography）和基于哈希算法签名（Hash-based signatures）等密码算法。在所有被认为具有抵御量子威胁潜力的计算问题中，基于格的密码系统在过去十年中得到了最为广泛的关注。 原文章作者：一点资讯，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

受访者供图 “现在用的密码算法，特别是公钥密码算法，在量子计算机出现以后，会有被破解的风险。我们正在试着开发一些新的密码算法，使它们在量子计算机出现之后，依旧可以被使用，无惧量子计算威胁。”说起“后量子密码”，南京航空航天大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师刘哲语速飞快。 0和1，两个简单到极致的数字，由它们构筑起的密码世界，如今几乎是刘哲人生的全部。 近年来，刘哲首次将可抵抗量子攻击的格密码算法，应用在嵌入式芯片上，并且提出了轻量级策略来抵抗侧信道攻击，为我国设计下一代适合物联网的密码算法提供了实践依据。 前不久，阿里巴巴达摩院揭晓第二届青橙奖获奖名单。刘哲凭其在密码算法与系统领域取得的成果，捧起了该奖的奖牌。 最初连开机都战战兢兢 2004年9月，刘哲以优异的成绩考入山东大学。对于乡村的孩子来说，计算机是个稀罕物，刘哲连见都没见过几次，但在强烈好奇心的驱使下，他选择了计算机和软件工程专业。 对于计算机这个新生事物，刘哲起初有点发怵，“刚开始连开机都战战兢兢”。 2004年，对中国密码学领域来说，是一个特殊的年份。这一年，山东大学教授、中国科学院院士王小云破解了国际著名密码算法MD5，这在18岁的刘哲心里种下了密码学的种子。 “这一研究结果轰动了整个密码学界，密码学第一次真正进入了我的视野，它就像‘设谜’和‘猜谜’一样，其乐无穷。”刘哲自此对密码世界着了迷，他开始恶补密码学知识，学习晦涩的公式，并在4年后读研时选择了密码学方向，后赴卢森堡大学攻读博士学位。 近年来，随着物联网技术的兴起，物联网安全成为网络空间安全领域的一个研究热点。 如何提高物联网芯片的安全性？2014年，刘哲设计了一种适用于物联网芯片的轻量级MoTE椭圆曲线算法，并设计、实现、开源了基于该曲线的密码库。 MoTE曲线算法在多个方面，优于现有适用于物联网芯片上的椭圆曲线算法。“MoTE椭圆曲线可在资源受限的物联网芯片上，更高效、更节能地保护数据，保障物联网设备安全，同时也为我国设计适合物联网的密码算法提供了实践依据。”刘哲说。 为量子时代的密码筑起护城河 量子计算机何时才能出现，学界尚没有准确的预测，但不少学者认为，如果不采取预防措施，量子计算可能会给网络安全带来威胁。刘哲的另外一个研究方向，便是设计能在量子时代使用的密码算法，这类密码算法被称为后量子密码算法。 “刚开始接触后量子密码时，发现相关算法比较难实现，特别是在嵌入式设备，例如无线传感点、智能卡、手机等移动设备上。其难点在于嵌入式设备处理器的计算性能比较差，内存比较小，而后量子密码算法需要较大的内存。”刘哲说。 后来，刘哲在阅读大量文献后，利用处理器的结构特性，重构算法，设计出新的运行流程，减少内存和处理器之间的数据交换次数，以提高运算速度，减少内存的占用量，并首次高效地把可以抵抗量子攻击的格密码实现在嵌入式芯片上。该成果论文在密码工程领域顶级会议——密码硬件与嵌入式系统国际会议（CHES）上发表。 刘哲说，该研究成果已被收录进欧盟地平线2020项目的年度报告里，并受到了多位国际密码学家的肯定。 回国后，刘哲与中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室的研究人员合作，将我国自主设计的格密码算法LAC实现在各类嵌入式芯片上，为LAC密码算法参与国际密码标准竞争提供重要支撑。 曾质疑自己的科研能力 刘哲的科研之路并非一帆风顺。他坦言，自己的第1篇学术论文曾被拒3次，前后历时1年才得以发表。“那时曾对自己充满质疑，不知自己究竟是否适合读博。” 那时，刘哲的导师、卢森堡大学教授基恩·塞巴斯蒂安·科隆对他进行了开导，让他明白，论文暂时不被认可并不代表科研工作不被认可。 此后，刘哲依然保持每天12小时、每周工作6天的工作节奏，常常半夜起来写论文。付出总有回报，最终他在毕业时，获得卢森堡国家自然科学基金委当年授予的、唯一的杰出博士毕业论文奖，也成为首位获得该奖项的中国人。 面对量子计算时代的挑战和万物互联的时代需求，刘哲希望自己能设计出安全性好、性能优、代码量小的后量子密码算法，推动我国后量子密码算法标准的制定。 近年来，刘哲已带领南京航空航天大学网络空间安全团队在密码工程、物联网安全、区块链技术、人工智能安全等领域取得了一系列突出的研究成果，在国际安全会议上3次获得最佳论文奖。未来，他希望能将自己的研究成果应用于国家电网、工业控制网络等领域。（金凤） 原文章作者：一点资讯，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

新华社北京1月16日新媒体专电 西班牙《国家报》网站1月7日发表文章称，2020年有不少问题仍待解决，需要我们去不断努力并保持期待。 文章称，在2019年，量子计算离开实验室进入商用，1月IBM推出第一台商用非数字计算机，10月谷歌正式宣布其量子计算机进行的一项计算的速度是传统超级计算机无法复制的。 这两个里程碑事件加速了量子计算商用在2020年的发展。 原文章作者：新华社，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。 经典计算机： 要说清楚量子计算，首先看经典计算机。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。 2.经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。 量子计算机： 量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits）），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的幺正变换。 1.量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交； 2量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。 由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，量子并行计算。 原文章作者：科技洞鉴，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

Google的量子计算机。该公司在近日发表的一篇论文中说，该机器只需几分钟即可完成一项将花费一台超级计算机至少10,000年的任务。 凯德梅斯 2019年10月23日 谷歌公司近日表示，它已经实现了人们长期以来寻求的突破，即“量子至上性”，它可以使新型计算机以当今技术无法想象的速度进行计算。 硅谷巨人位于加利福尼亚州圣巴巴拉的研究实验室达到了自1980年代以来科学家们一直在努力的一个里程碑：根据《科学》杂志上发表的一篇论文，其量子计算机完成了传统计算机无法完成的任务性质。 量子机器有一天可以推动人工智能等领域的巨大进步，甚至使最强大的超级计算机也像玩具一样。该公司在论文中说，谷歌设备在3分20秒内完成了数学计算，超级计算机在10,000年内无法完成。 科学家将Google的宣布比作1903年怀特兄弟的首次飞机飞行，证明了某些事情确实是有可能实现的，即使要实现其潜力还需要很多年。 德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家Scott Aaronson说：“莱特飞机的原始传单不是有用的飞机。” “但这是为了证明这一点。事实证明了这一点。” 尽管如此，一些研究人员仍告诫不要对Google的成就感到太兴奋，因为在量子计算机可以迁移到研究实验室之前还需要做更多的工作。现在，一台量子机器造价数百万美元。 包括微软，英特尔，IBM和Google在内的许多技术行业的知名企业都在争夺量子计算领域的地位。根据最近的一项研究，风险资本家已经向初创公司投资了超过4.5亿美元，以探索该技术。 中国正在国家量子实验室上投资4亿美元，并且近年来申请的量子专利几乎是美国的两倍。特朗普政府今年也通过其自己的国家量子计划（National Quantum Initiative）跟进，承诺将在量子研究上花费12亿美元，其中包括计算机。 量子机器是一个世纪以来对一种称为量子力学的物理学类型进行研究的结果，它的运行方式与常规计算机完全不同。它依赖于某些物体在亚原子级或暴露于极冷状态下的行为弯曲方式，例如Google机器内部将金属冷至零以下近460度的金属。 图片量子机器的运行方式与常规计算机完全不同。 研究人员相信，有一天，这些设备可以推动人工智能的发展，或者轻易压倒保护对国家安全至关重要的加密技术。因此，美国和中国政府都将量子计算视为国家安全的重中之重。 平行计算 传统的计算机通过处理信息的“位”来执行计算，每个位保持1或0。数十年来一直如此。 理解量子计算机是如何不同的需要一个哲学上的飞跃：接受这样的观念：单个物体在极小或极冷的情况下可以同时表现为两个单独的物体。 通过利用这种奇怪的行为，科学家们可以构建一个量子比特或qubit，它存储1和0的组合。两个qubit可以一次容纳四个值。随着量子位数量的增加，量子计算机的功能也将成倍增加。 科学家在1980年代首次描述了这个想法，但是量子位是脆弱的。甚至连在一起也可能需要数年的时间。在过去的几十年中，学术界，工业界和政府机构的实验室通过多种技术致力于量子计算，包括围绕光或电磁场粒子构建的系统，这些系统捕获微小的带电粒子。 大约20年前，日本的研究人员开创了“超导量子比特”，将某些金属冷却到极低的温度。 这种方法显示出特别的希望，引发了IBM，Google和Intel的项目。他们的机器看起来不像普通计算机。它们是由金属和双绞线制成的大圆筒，掉入不锈钢冰箱中。您将信息发送到计算机，就像发送到传统计算机芯片一样，并接收计算结果。 约翰·马丁尼斯（John Martinis）说：“我们基于量子力学的某些非凡功能构建了一种新型计算机，”他负责管理负责Google量子至上实验的硬件的团队。他指出了计算能力，“我们现在正处于尝试利用该能力的阶段。” 在Google的论文发表之后，在9月下旬迅速在网上取消发表，这成为了互联网上的一个谜。短暂的露面足以使竞争公司的研究人员大吃一惊，他们认为这家硅谷巨头正在夸大其成就。 “这不是在经典计算机上的最终和绝对支配地位，”位于纽约约克敦高地的IBM研究实验室负责人达里奥·吉尔（Dario Gil）说，该公司正在在那里建造自己的量子计算机。 其他研究人员则驳斥了这一里程碑，因为该计算特别深奥。它使用量子实验生成了随机数，但不一定将其应用于其他事物。 尽管IBM质疑Google确实已经做了很多事情，但是Gil博士认为量子计算机确实越来越接近现实。他说：“到2020年，我们将能够将它们用于商业和科学优势。” 与公司研究实验室中进行的许多前沿研究一样，谷歌的量子努力也源于学术界。2014年，Google雇用了一群物理学家团队，这些团队在过去的几年中一直在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校从事量子计算工作。 在发表论文时，谷歌回应了IBM的说法，即其量子计算可以在经典计算机上进行。谷歌发言人在一份声明中说：“我们已经摆脱了传统计算机的束缚，走向了完全不同的轨道。” “我们欢迎提高仿真技术的建议，尽管对我们来说，在实际的超级计算机上对其进行测试至关重要。” 由Google的机器执行的计算是一种证明复杂量子系统可靠的方法。该公司还认为，它产生的随机数可能具有实际用途。 随着时间的推移，这些机器会变得越来越好，它们可以帮助改进密码学，甚至有助于创建新的药物或材料，南加州大学教授量子计算的教授丹尼尔·里达尔（Daniel Lidar）说。 他说：“这很重要。” “它在许多不同的地方都有应用。” 里达尔博士说，他希望其他科学家会试图反驳谷歌的说法。但是有些人认为，所有从事这种近乎神话般的装置工作的研究人员都将获得更广泛的收益。 从事IBM量子计算项目工作的乍得·里格蒂（Chad Rigetti）说：“谷歌的成果不仅对谷歌，而且对更广泛的科学界都是一项重大成就。” 他说：“现在只要很短的时间，我们才能解决量子机器可以解决的与商业相关的问题。” 原文章作者：一点资讯，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

前言： 有了量子计算机，你还需要你的电脑吗？下面这个视频可以给你提供答案。 ?视频（来自《Nature自然科研》） https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyNDA2NTI4Mg==&mid=2655414723&idx=2&sn=467fce159954b10466a68613bc5af8cb&chksm=f3a66baec4d1e2b873ab4155038493e2e383514e9563a0a76502dbb56513a8a1ce006879aeca#rd 撰文 | Nature自然科研 ●　●　● 量子计算机最近是大新闻，几乎每周我们都能听到关于其稳定性和运算能力的新进展。但对许多人来说，量子世界是神秘而令人迷惑的。在Nature Outline-量子计算中，我们用信息化图示和视频介绍经典计算和量子计算之间的差异，并向读者介绍量子计算领域的基本术语。 我们的电脑还能怎么更先进？随着越来越多的智能操作系统走下银幕，走进普通人的家中，看上去电脑可以解决任何问题。但实际上，很多科技领域的进步是有限的，因为目前的电脑效率太低。即使是最强大的超级计算机，当存在太多相互作用的元素时，也不能准确地计算出新材料、化学结构或生物系统的性质。 我们需要一种新型的计算方式，把计算机试图克服的这种复杂性给利用起来。量子计算机这个概念的第一次提出是20世纪80年代，当时有人提出也许可以根据量子物理学而不是经典物理学来构建计算机。但是这种方法需要组装和控制量子系统——这是一项非常困难的任务。通常，量子现象只出现在物质基本组成部分的水平上，如原子和电子。 但是，一旦建立起了量子系统，它们将提供大量的可能性。描述区区几百个粒子的一般量子态，所需变量的数量就超过了宇宙中的原子数。没有任何经典计算机能有内存来存储这么多的信息。但是，如果丰富的量子状态被用于编码信息，就能打开计算的全新世界。模拟材料和分子的行为将变得容易，大型数据库的快速搜索和全新的密码学方法也不在话下。 过去二十年来，人们在分离，操纵和测量可形成量子计算机基础的元素方面取得了稳步的进展，无论是单个量子实体，如原子，电子或光子，还是显示量子力学行为的人造系统，如半导体结构或微型电子电路。研究人员现在已经有了量子计算机可以工作的原则证明，但是接下来要解决的前所未有的挑战的规模之巨大也是很明显的。 世界各地的物理学家，数学家，计算机科学家和工程师正在试图解决这样一个问题——该如何构建和操作一个足够大的量子计算机，从而能够在一些任务中打败经典计算机。商业公司也参与其中。 最终的量子计算机会是什么模样，它将使用哪种量子系统，以及它究竟能解决哪些问题依然悬而未决。所有这一切都在推动各种激动人心的研究。 ?图片来自《Nature自然科研》 延伸阅读： 1. https://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2017.63.html 本文原载微信公众号《Nature自然科研》，《知识分子》获授权刊载。 制版编辑：陈婧娴丨 本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用 公众号、报刊等转载请联系授权 copyright@zhishifenzi.com 原文章作者：知识分子，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

来源:科技日报 “这与‘矛’和‘盾’一样，只要有盾，就一定有矛……”日前，华为公司创始人、首席执行官任正非在谈及信息安全时如是说。 任正非口中的“矛”和“盾”，分别指的是基于区块链加密技术的数字货币和基于量子计算机的破译密码技术。 那么，到底是“矛”更尖锐，还是“盾”更坚固呢？当两者相遇，又会发生什么？ 对此，中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室教授韩正甫近日对科技日报记者表示，区块链主要是用非对称加密算法来保护数字货币安全，而量子计算机以其无可比拟的计算能力，对上述加密算法形成威胁，使之可能被破解。 “通俗来说，为抵抗量子计算，加密算法需编制得更‘坚固’；为破解加密算法，量子计算机的性能需要更强劲。未来，构造数字货币的加密算法将与量子计算展开博弈，两者间或有一战。”韩正甫说。 强大算力对加密算法构成威胁 “到目前为止，业界对数字货币的定义尚未形成一个统一的标准。”从事区块链平台开发、建设与运营工作的微观（天津）科技发展有限公司首席运营官石卓对科技日报记者说，从广义上来讲，数字货币泛指一切以电子形式存在的货币，而狭义的数字货币一般特指以区块链加密技术为基础的密码货币，即区块链货币。如今，在“币圈”比较流行的比特币、以太币、瑞波币、莱特币等，指的都是区块链货币。 “可以说，比特币是数字货币的鼻祖，目前市场上的数字货币种类不少，但通常都是基于区块链技术，只是在技术细节上存在些许不同。”石卓介绍说，区块链因具有去中心化、不可篡改的特性而被广泛接受，它奠定了公众对数字资产的信任。而量子计算技术，可能会威胁作为区块链安全支柱的非对称加密算法的完整性，业界对此颇为忧虑。 这种威胁，主要来自量子计算机强大的计算能力。韩正甫介绍说，当前的密码科学其本质就是数学，多数密码其实就是由复杂模型转化成的数学难题。比如，RSA密码利用的就是简单乘法。“举例来说，127×733=93091，这是个简单的乘法等式，如果有人能很快推算出93091是127和733的乘积，那这个密码就被破解了。若乘积是一个100位的数字，那从这个乘积去倒推它是哪两个数的乘积，就是一个非常复杂的问题。”韩正甫说。 “区块链加密技术，主要采用的是非对称加密算法。在非对称密码中，加密和解密用的‘钥匙’是不同的，通常一个是公开的，被称为公钥；另一个是保密的，被称为私钥。公钥与私钥是一对，它们都是用算法生成的，如果用公钥对数据进行加密，那么只有用对应的私钥才能解密。如果给出私钥，很容易就能推导出其对应的公钥，但私钥一般都是保密的，用公钥反向推导私钥则十分困难，计算过程会特别复杂，这就是比特币安全的原因。”韩正甫说。 韩正甫介绍道，以前设计的密码都是抗电子计算机破解的，传统电子计算机需要一步步去求解，这种计算方式叫串行计算。有时为求解一个数值，电子计算机可能要算上万年，这样就在一定程度上保证了密码的安全性。 然而，这道计算难题，似乎能被量子计算机破解。量子计算机采用的是并行计算机制，即多步骤同时进行，这样计算速度就比电子计算机的串行计算机制快很多，特别是在处理复杂问题上。 “借助量子计算机，从公钥反向推导私钥，计算难度有望被大大降低。以前，用传统电子计算机需要经过上万年才能破解的密码，可能量子计算机3天就能将其破解，从理论上说，量子计算机是非对称加密算法当前遇到的最大‘敌人’。”韩正甫说。 量子计算软件尚难攻破“币门” “想要破解密码，光有量子计算机这个硬件不行，还需要软件，即解密算法，需‘软硬兼施’，两者缺一不可。目前一般认为，肖尔算法和格罗弗算法，这两种解密算法，是公认的量子计算算法。”韩正甫说。 为比特币提供安全保障的，主要是两类密码：一个是在“挖币”过程中使用的哈希算法密码，另一个是在区块链上提供数字签名的算法密码。在“挖币”时，哈希算法会为每个区块计算出一个随机数，这个过程所得到的结果极易被验证，但很难被破解者找到。 “从理论上来说，量子计算机可破解目前正在使用的一些传统密码，但具体怎么破解，目前还没有成功的案例。不过，肖尔算法是最早被证明可在量子计算机上破解非对称加密算法的解密算法。”韩正甫介绍道，早在1995年，肖尔算法的研制者——数学家彼得·肖尔就宣布，如果有量子计算机，他就可破解当时普遍使用的非对称密码——RSA密码。 不过，目前肖尔算法还难以“对抗”哈希算法，格罗弗算法也尚难对基于区块链技术的密码构成太大的威胁。可是，因为肖尔算法和格罗弗算法是公开的，所以数字货币的研发者，在设计时就会有意避开它们。“截至目前，虽然没有人能破解哈希算法，但也不能说哈希算法是量子计算机不能破解的。”韩正甫补充道。 “除了哈希算法和签名算法，未来数字货币还可能会应用其他的密码技术。如果数字货币设计得不好，不用量子计算机，传统计算机也能将其瓦解。”韩正甫说，随着计算方法和技术的进步，目前未被破解的密码难题，未来也可能会被数学家攻克。 双方处于博弈状态 互推彼此进步 数学家们在积极寻找破译密码的“钥匙”时，密码学专家也在积极寻找对抗量子计算机的“武器”。 “目前，已有一些有望对抗量子计算的候选密码。”韩正甫说，比如格密码，它虽然已有几十年的历史，但是由于其在数学计算方面的难度较大，因此一直未被当作密码进行开发、利用。不过，由于量子计算机实在强大，它对密码的攻击是釜底抽薪式的，各种密码在它面前都很容易露出破绽。在这种情况下，格密码又重新被科学家“挖掘”出来，目前正在被重新设计，希望用它来抵御量子计算机的威胁。 石卓表示，还有人认为，应用多种密码联合机制，是可以抵抗量子计算机攻击的。例如，基于哈希算法的密码、基于纠错码的密码、基于格的密码、多变量二次方程组密码等，可将它们联合起来进行使用。但这种方法，因其秘钥长度过长、签名信息十分冗长以及运算时间过长，并不适用于数字货币。但未来可通过技术迭代，补足这些技术短板，用多种密码联合机制研发可抵御量子计算机攻击的数字货币。 除了运用技术手段，任正非表示，数字货币的安全，最终还要依靠法律来保障。“为什么假币不能流通？是因为一发现假币，警察就要去抓你，抓住你就找到了源头，处在源头的人就可能要被判刑。在法律的威慑下，假币不可能流通，货币安全就能够得到保障。因此，信息安全首先是个技术问题，但最终解决还是要靠法律。”任正非说。 “截至目前，量子计算机还未被真正研制出来，这些抗量子计算的密码研究也都处在起步阶段。”韩正甫说。 石卓也表示，量子计算机距离真正成熟还需要一段较长的时间，在此期间，区块链的加密算法也会不断迭代、升级，双方都处在博弈状态中，共同推动彼此技术的进步和发展。（陈 曦） 原文章作者：新华网客户端，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

在2020年度国际消费电子产品展上(CES)，IBM的量子计算机Q System one再度亮相。 一年前，也是在CES的舞台上，IBM宣布推出“世界上第一个为科学和商业用途而设计的完全集成的通用量子计算系统” IBM Q System one。 这个黑色的玻璃盒就是世界上第一台商用量子计算机，它基于超导量子电路技术，目前最多可支持运行53个量子比特的量子芯片，它具有如下特点： 量子硬件设计稳定，能自动校准，提供可重复且可预测的高质量量子比特。 超低温工程，提供连续冷却和孤立的量子环境; 紧凑型高精度电子元件，可严格控制大量量子比特; Quantum固件用于管理系统运行状况并能启用系统升级，在此过程中用户无需停机。 经典计算提供安全云访问和混合执行量子算法。 除了IBM、谷歌等科技大厂外，DWave、Rigetti、IonQ、本源量子等众多初创公司也都在沿着不同的技术路径推动量子计算应用落地。 目前，量子计算的研究主要有超导量子电路、离子阱、硅量子点、量子拓扑与金刚石空位等技术流派。 那么未来的量子计算机到底是什么样呢？本文就带大家认识一下！ 先用一张图介绍下量子计算机的架构。 一套完整的量子计算系统应该包括: 负责计算处理的量子芯片系统; 负责调控量子态的控制系统; 以及实现人机交互的量子软件系统。 无论是哪种技术流派，大都符合这一架构。 以超导量子电路技术作为主要发展方向的有IBM、谷歌、Rigetti等。 也正是依赖这一技术，谷歌在去年10月宣称实现了“量子霸权”。 Google Rigetti IonQ 以离子阱技术为主要方向的初创公司IonQ，他们的量子计算机是这样的。 D-Wave D-Wave的量子退火机由于不对量子比特进行特定的逻辑门操作，可制造出数千个量子比特。 本源量子 我国计算行业先行者本源量子即将发布的超导6比特量子计算机原型机如下，这也是我国首个脱离实验室环境运行的量子计算机原型机。 由于维持量子体系的特殊性，小型化的量子计算机在目前来看难度很大。 但量子计算机正稳步走出实验室，真正服务于人类社会也并不遥远。让我们拭目以待！ 原文章作者：本源量子计算，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

作者：《科技日报》记者陈曦 "这与'矛'和'盾'一样，只要有盾，就一定有矛……安全保密系统是长期困扰人们的一个问题，这就是'道高一尺，魔高一丈'，永远是没完没了的问题。"日前，华为公司创始人、CEO任正非在谈及信息安全时如是说。 任正非口中的"矛""盾"和"道""魔"，指的是基于区块链加密技术的数字货币和基于量子计算机的破译密码技术。那么，到底是"矛"更尖锐，还是"盾"更坚固呢？当两者相遇，到底会发生什么？ 对此，中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室韩正甫教授对科技日报记者表示，如今的密码学技术把当下最热门的区块链和量子计算连接到一起，区块链主要是用非对称加密算法来保护信息安全，而量子计算机以其无可比拟的计算能力，对传统密码形成攻击，使之可能被破解。未来，数字货币将不可避免地和量子计算展开博弈，两者间或有一战。 强大算力助力解决复杂计算问题 "到目前为止，业界对数字货币尚未形成一个标准定义。"专注于区块链平台开发、建设与运营工作的微观（天津）科技发展有限公司首席运营官石卓对科技日报记者说，从广义上来讲，数字货币泛指一切以电子形式存在的货币。而狭义的数字货币一般特指以区块链加密技术为基础的密码货币，即区块链货币。如今，在"币圈"比较流行的比特币、以太币、瑞波币、莱特币等，指的都是区块链货币。 "可以说，比特币是数字货币的鼻祖，目前市场上的数字货币种类不少，但基本都是基于区块链技术，只是在技术细节上存在些许不同。"石卓介绍说，区块链因具有去中心化、不可篡改的特性而被广泛接受，它奠定了公众对数字资产的信任。而量子计算机的出现，可能会威胁作为区块链安全支柱的非对称加密算法的完整性，业界对此颇为忧虑。 "币圈"担心的这种威胁，主要来自量子计算机强大的计算能力。韩正甫介绍说，密码学其本质就是数学，是把复杂问题模型化，转化成数学问题。比如，RSA密码利用的，就是简单数学计算。"简单来说，3*7=21，如果倒过来，21是哪两个数的乘积，背过乘法口诀的人，能立刻给出答案，密码就被破解了。若乘积是一个100位的数字，那么从这个乘积去倒推它是哪两个数的乘积就是一个非常复杂的问题。" 这个所谓的单向函数问题就是RSA密码体系的根本。 "区块链的加密技术，主要采用的是非对称加密算法。在非对称密码中，加密和解密用的'钥匙'是不同，通常一个是公开的，被称为公钥，而另一个是保密的，被称为私钥。公钥与私钥是一对，它们都是用算法生成的，如果用公钥对数据进行加密，那么只有用对应的私钥才能解密。如果给出私钥，很容易就能推导出对应的公钥；但私钥一般都是保密的，用公钥反向推导私钥则十分困难，计算过程会特别复杂，这就是比特币安全的原因。"韩正甫介绍说。 韩正甫介绍道，以前设计的密码都是抗电子计算机破解的，电子计算机需要一步步去求解，这种计算方式叫串行计算。有时为破解一个密码体系而求解一个数值，电子计算机可能要算上一万年，这样就可在一定程度上保证密码的安全性。 然而，这道计算难题，似乎能被量子计算机破解。量子计算机采用的是并行计算机制，即多步骤同时进行，这样计算速度就比电子计算机的并行计算机制快很多，特别是在处理复杂问题上。 "借助量子计算机，用公钥反向推导私钥，计算难度有望大大降低。以前，用传统电子计算机需经过上万年才能破解出的密码，可能量子计算机3天就能破解出来，所以理论上说，量子计算机是非对称密码当前遇到的最大'敌人'。"韩正甫说。 量子计算软件尚难攻破"币门" "要想破解密码，光有量子计算机这个硬件不行，还需要软件，即解密算法，两者缺一不可。目前一般认为，肖尔算法和格罗弗算法，这两种解密算法，是被公认的量子计算算法。"韩正甫说。 为比特币提供安全保障的，主要是两类密码：一个是在"挖币"过程中使用的哈希算法密码，另一个是在区块链上提供数字签名算法。在"挖币"时，哈希算法会为每个区块计算出一个随机数，这个过程所得到的结果极易被验证，但很难被破解者找到。 "从理论上来说，量子计算机可破解目前正在使用的一些传统密码，但具体怎么破，目前还没有成功的案例。不过，肖尔算法是最早被证明可在量子计算机上破解非对称密码算法的。"韩正甫介绍说，早在1995年肖尔宣布，如果有量子计算机，他就可破解当时正在使用的非对称密码——RSA密码。 不过，目前舒尔算法还难以"对抗"哈希算法，格罗弗算法也尚难对基于区块链的密码构成太大的威胁。不过，因为舒尔算法和格罗弗算法是公开的，所以数字货币的研发者，在设计时就会有意避开它们。"截至目前，虽然没有人能破解哈希算法，但也不能说哈希算法是量子计算机不能破解的。韩正甫解释说。 "除了哈希算法和签名算法，未来数字货币还可能会应用其他的密码技术。如果数字货币设计得不好，不用量子计算机，传统计算机也能将其瓦解。"韩正甫说，随着计算方法和技术的进步，目前未被破解的密码难题，未来也可能会被数学家们攻克。 抗量子密码技术在博弈中长大 数学家们在积极寻找破译密码"钥匙"的同时，密码学专家也在积极寻找抗量子计算机的"武器"。 "目前已有一些候选算法，舒尔算法被认为难以将其破解。"韩正甫说，比如格密码，虽然已有四五十年的历史，但是由于其在数学计算方面的难度较大，因此一直未被当作密码进行开发利用。但由于量子计算机实在强大，它对密码的攻击是釜底抽薪式的，各种密码在它面前都很容易露出破绽。在这种情况下，格密码又重新被科学家"挖掘"出来，目前正被重新设计，希望用它来抵御量子计算机对密码的威胁。 石卓表示，目前还有人认为，应用多种密码联合机制，是可以抵抗量子计算机攻击的。例如，基于哈希算法的密码、基于纠错码的密码、基于格的密码、多变量二次方程组密码等，可将它们联合起来进行使用。但这种方法，因其秘钥长度过长、签名信息十分冗长以及运算时间过长，并不适用于数字货币。但未来可通过技术迭代，补足这些技术短板，用多种密码联合机制研发可抵御量子计算机攻击的数字货币。 除了运用技术手段，任正非表示，数字货币的安全，最终还要依靠法律来保障。"为什么假币不能流通？是因为一发现假币，警察就要去抓你，抓住你就要找到源头，处在源头的人就可能要被判刑。在法律的威慑下，假币不可能流通，货币安全就能够得到保障。因此，信息安全首先是个技术问题，但最终解决也是要靠法律。"任正非说。 "截至目前，量子计算机还未真正被研制出来，这些抗量子计算的密码研究也都处在起步阶段。"韩正甫说。 石卓也表示，量子计算距离真正成熟还需要一段较长时间，在此期间，区块链的加密算法也会不断迭代、升级，双方都处在博弈状态中，共同推动彼此技术的进步和发展。 原文章作者：区块链贸易直通车，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

2020年1月9日，美国艾洛斯阿拉莫斯国家实验室宣布，它将加入以云计算为基础的IBM Q Network，这是该实验室量子计算研究计划的一部分，包括开发量子计算算法、进行量子模拟研究以及开发教育工具。 洛斯阿拉莫斯的研究人员多年来一直在研究量子设备，包括在云上访问16个或更少量子位数量级的基于门的小型设备。IBM Q Network不仅提供了比其他基于门的量子计算机更多的量子位，而且潜在地减少了云访问的等待时间。 “53量子位芯片正在接近量子优势区域，在这个区域，普通的经典计算机很难进行类似的量子模拟，所以我们希望能够使用IBM的量子计算机来研究突破经典计算极限的东西。”洛斯阿拉莫斯模拟与计算实验室副主任Irene Qualters说。 Today Los Alamos National Laboratory announced that it is joining the cloud-based IBM Q Network as part of the Laboratory’s research initiative into quantum computing, including developing quantum computing algorithms, conducting research in quantum simulations, and developing education tools. Researchers at Los Alamos have been working with quantum devices for many years, including accessing small-scale gate-based devices on the order of 16 qubits or less over the cloud. The IBM Q Network offers not only more qubits than other gate-based quantum computers, but potentially less time waiting in the queue for cloud access. The 53-qubit chip is approaching the quantum-advantage region, where it becomes very difficult for a normal, classical computer to perform a comparable quantum simulation, so we’re hoping we will be able to use the IBM quantum computer to study things that push the limits of classical computing,”said Irene Qualters, associate laboratory director for Simulation and Computation at Los Alamos. . （转载自Los Alamos National Laboratory官网消息） 原文章作者：本源量子计算，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

1月12日，腾讯联合Science、清华大学在京举办第二届腾讯青少年科学小会。八位全球顶尖科学家、科普学者同台，在清华大学新清华学堂，为青少年系统盘点天文学、数学物理学、生命科学和化学等领域的年度科学成果，并通过腾讯新闻、快手直播等19个平台在线直播。科学小会今年还首次推出“亲子专场”，邀请家长与孩子共同参与，一起感受科学的魅力。 科学小会是为青少年量身打造的科普盛会。在本届小会上，腾讯联合顶尖科学期刊Science发布了第二份年度《青少年科学看点榜单》，揭晓了“天文学”是中国青少年最受关注的科学领域。腾讯杰出科学家、量子实验室负责人张胜誉和中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远、Science新闻主编Tim Appenzeller、天体物理学家Avery Broderick、天文学家刘继峰、清华大学生命科学学院院长王宏伟、“搞笑诺贝尔奖”创始人Marc Abraham、无机化学专家David G. Evans等全球顶尖科学家、科普学者与青少年面对面，解读了黑洞、探月工程、冷冻电镜、量子物理等前沿科学突破背后的奥秘。 中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤 “期待更多孩子通过青少年科学小会，认识更多科学家、了解更多科学成果。”清华大学副校长薛其坤表示，科学和国家发展、人类命运之间存在密切联系，未来中国科研的主力将来自当下的孩子们，应培育新一代青年崇尚科学的观念。 腾讯集团副总裁、腾讯影业首席执行官程武致辞 “科学小会汇聚了大师的言传、科学的乐趣，希望能为呵护孩子们的好奇心做出一份贡献，在他们的心中播撒科学的种子。”腾讯集团副总裁、腾讯影业首席执行官程武表示，“科学是一种探索未知的精神。它源自于我们在孩童时期就与生俱来的好奇心。虽然不是每一个孩子都将长大为科学家，但对这份好奇心的呵护和点亮，将有助于每一个孩子走出更美好的人生。这就是我们举办科学小会的初心。” 大师为家长孩子讲科学故事 从黑洞到冷冻电镜下的微生物世界，七位科学家、科普学者在小会舞台上，以生动有趣的方式分享了研究进展和科学知识。 中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远 中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远院士，分享了中国探月工程从起步阶段，到成功实现在月球背面登陆的艰辛历程。欧阳院士向孩子们解释了触达月球背面的科学原理，带领孩子们共同畅想未来人类探测迈向更广袤的太空。“ 中国首先发现了火星曾经有过生命的迹象，未来人类一定能够把火星逐步改造成青山绿水，将这个贫瘠的行星改为人类第二个栖息地，让人类的未来更美好，更幸福。” 拍摄到全球首张黑洞照片的天体物理学家Avery Broderick Avery Broderick是“事件视界望远镜”（EHT, The Event HorizonTelescope）项目的主要负责人之一，带领团队拍摄到全球首张黑洞照片。“我们现在已经迎来了研究黑洞的黄金年代，青少年是一支主力军，将见证科幻小说变为真实世界的那一刻。” Avery Broderick说。他向青少年分享了照片背后的奥秘：“EHT项目有非常多遍布在全球的望远镜，那天所有的天文台和望远镜对准一个方向，那就是是女星系的M87黑洞，有史以来我们第一次拍到了黑洞的核心。” 中国科学院国家天文台副台长刘继峰 黑洞探测在2019年实现的另一起重大突破，是11月中国科学院国家天文台副台长刘继峰及其团队捕猎到“黑洞之王”——一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞LB-1。“终有一天我们可以窥视宇宙全貌，洞察宇宙的每一个角落。“刘继峰说，“如何理解宇宙，是对我们人类的考验，也是对人类的馈赠。” 清华大学生命科学学院院长王宏伟 作为世界最大冷冻电镜研究中心的建设主导者，清华大学生命科学学院院长王宏伟解析了微观世界的奥秘。他从显微镜技术数百年来的发展历史引入，阐述了冷冻电镜的突破性应用及其助益生物制药的前景。他勉励青少年，学好数理化知识、计算机技能，拥有广博的知识结构和对生命现象的好奇心，乐于天马行空地思考，喜欢在实验室里徜徉，未来就可能在生命科学领域取得建树。 “搞笑诺贝尔奖”创始人Marc Abraham “搞笑诺贝尔奖”创始人Marc Abraham，回顾了该奖项在过去29年间的经典获奖作品，让孩子们在笑声中收获关于科学的更多深思。比如曾有一位通过磁悬浮帮助青蛙飞起的搞笑诺贝尔奖得主，在十年后获得了真正的诺贝尔奖。他说：“对于搞笑诺贝尔奖，我们不在意它是好还是坏、是可能还是不可能，我们的评判标准就是它能否让人们发笑、感到有意思，并且在一周后还会带来思考。” 腾讯量子实验室负责人张胜誉 腾讯量子实验室负责人张胜誉讲解了量子算法的基本原理，介绍量子计算未来将会在人工智能、物理、化学等多个方面带来广泛应用。张胜誉说，“科学家的精神是追求一种真，一种美，一种对万世万物更深刻的理解，一种对人类生活更有意义的改变。”在“科技向善”使命和愿景下，腾讯大力投入人工智能、量子计算等将前沿科技，并成功运用在多个领域，如“绝艺”AI围棋、AI辅助医疗、寻找丢失儿童等。 英国皇家化学学会会士戴伟（David G. Evans） 作为英国皇家化学学会会士，戴伟（David G. Evans）用中文讲了24年化学。戴伟在现场以“阿拉丁神灯”的化学实验开场，分享了化学在人类生活和社会发展中扮演的关键角色以及水滑石材料的多元应用，以及自己在短视频平台做科普的心得，以轻松诙谐的方式带领孩子们敲开“愉快化学”的大门。 120万青少年投票选出科学看点榜单 “科普大篷车”传递科学火种下乡 腾讯连续两年与Science共同推出《青少年科学看点榜单》，今年投票参与的青少年人数从去年的10万猛增至120万。投票结果显示，包括黑洞、月球探测等在内的天文学话题最受中国青少年关注。 作为全球唯一一个面向青少年的科学看点榜单，该榜单综合了权威性与关注度，由青少年通过“腾讯看点”平台投票选出20个科学突破主题，Science权威科学编辑联合顶尖科学家最终出炉十大科学看点，并由Science新闻主编Tim Appenzeller在现场揭晓。 Science新闻主编Tim Appenzeller 今年榜单囊括了天文学、数学物理学、生命科学和化学等四大领域的最新前沿科学突破，一些话题关乎人类对广袤宇宙的探索，例如首张黑洞照片面世，嫦娥四号在月球背面着陆等，有些话题则关乎人类自身，如利用细菌来创造通用血型，利用纳米机器人缩小肿瘤。榜单中的部分最新突破指向人类过去，如发现最古老人类头骨，而影响人类未来的前沿进展，如将二氧化碳变回煤炭、AI在多人扑克中战胜人类等，也登上了十大看点榜单。 2019年度青少年科学看点榜单 科学小会还联合QQ音乐推出“科学家歌单”，邀请霍金女儿Lucy Hawking、“摇滚博导”陈涌海教授在内的科学家、科普学者，与QQ音乐开放平台“S制造”音乐人共同参与推荐，歌单收录了《Fly me to the moon》、《元素周期表》、《生物学的幻想曲》等51首带有科学趣味的音乐作品。 经过试点探索，科学小会已经延展为一项可持续的社会服务，将科学的火种送往偏远地区，激发乡村孩子对科学的好奇心和探索欲，让更多青少年从中受益。 据悉，去年9月，腾讯青少年科学小会宣布与中国科学技术馆达成合作，将科学小会推出的科普视频、科普文章等内容搭载在“科普大篷车”上，车队深入偏远山区，先后在云南省文山州砚山县、四川省巴中市恩阳区、甘肃省张掖市肃南裕固自治县进行试点，搭建“星空电影院”立体沉浸式放映科普短片，带去科普大篷车嘉年华、巡回互动展、科学家演讲等“流动版”科学小会体验。预计2020年，“科普大篷车”将覆盖全国32个省，每年服务1600万青少年。 原文章作者：南方都市报，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

1，量子计算机的特点主要有运行速度较快、而普通计算机速度慢。 2，量子计算机处置信息能力较强、应用范围较广。一般计算机比较起来就慢一些。 3，量子计算机信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利,也就更能确保运算具备精准性，但是普通计算机处理量越多就负载越大，就会变慢。 量子计算机，简单地说，它是一种可以实现量子计算的机器，是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。 它以量子态为记忆单元和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，在量子计算机中其硬件的各种元件的尺寸达到原子或分子的量级。量子计算机是一个物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息。而普通计算机传统计算机是通过集成电路中电路的通断来实现0、1之间的区分。 如同传统计算机是通过集成电路中电路的通断来实现0、1之间的区分，其基本单元为硅晶片一样，量子计算机也有着自己的基本单位——昆比特。昆比特又称量子比特，它通过量子的两态的量子力学体系来表示0或1。 比如光子的两个正交的偏振方向，磁场中电子的自旋方向，或核自旋的两个方向，原子中量子处在的两个不同能级，或任何量子系统的空间模式等。量子计算的原理就是将量子力学系统中量子态进行演化结果。 原文章作者：科技微变化，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

目前，传统计算机发展中已经逐渐遭遇功耗墙、通信墙等一系列问题，传统计算机的性能增长越来越困难。因此，探索全新物理原理的高性能计算技术的需求就应运而生。 量子计算是一种基于量子效应的新型计算方式。基本原理是以量子位作为信息编码和存储的基本单元，通过大量量子位的受控演化来完成计算任务。所谓量子位就是一个具有两个量子态的物理系统，如光子的两个偏振态、电子的两个自旋态、离子（原子）的两个能级等都可构成量子位的两个状态——晶体管只有开/关状态，也就是要么是0状态，要么是1状态；而基于量子叠加性原理，一个量子位可以同时处于0状态和1状态。由于量子纠缠的原因——处于纠缠态的两个粒子有一个奇妙特性，一旦对其中一个粒子进行测量确定了它的状态，那么就立即知道另一个粒子所处的状态，因此，当量子系统的状态变化时，叠加的各个状态都可以发生变化。 举例来说，因为1个量子位同时表示0和1两个状态，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态。N个量子位可同时存储2的N次方个数据，数据量随N呈指数增长。同时，量子计算机操作一次等效于电子计算机要进行2的N次方次操作的效果……等于是一次演化相当于完成了2的N次方个数据的并行处理，这就是量子计算机相对于经典计算机的优势。 量子计算机具有极大超越经典计算机的超并行计算能力。例如，求一个300位数的质因数，目前最好的经典计算机可能需要上千年的时间来完成，而量子计算机原则上可以在很短的时间内完成。因此，量子计算在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优势，是新概念高性能计算领域公认的发展趋势。 原文章作者：科技时氪，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。

本报记者 胡定坤 2019年，量子在人类科技进步中书写了浓墨重彩的一笔。谷歌实验证明了“量子优越性”，演示了量子计算具有超越经典超级计算机的计算能力。难道说，一场量子驱动的科技革命真的要来了？ 日前，由智识学研社、知识分子、赛先生和墨子沙龙主办，在北京召开的“2020年新年科学演讲”就将目光聚焦在量子信息革命上，并邀请著名量子物理学家、中国科学技术大学教授潘建伟作了题为“从爱因斯坦的好奇心到量子信息革命”的演讲。 第一次量子革命：被动观测与应用 事实上，人类已经经历过一次量子革命。那就是从1900年普朗克通过普朗克公式描述黑体辐射后提出量子论算起的百余年来，众多物理学家通过对量子规律的观测，成功构建起量子力学的物理大厦。 “正是第一次量子革命直接催生了现代信息技术。”潘建伟表示，基于量子力学原理，核能、半导体晶体管、激光、核磁共振、高温超导材料等诸多应用问世，很大程度上改变了我们的生活。 潘建伟进一步解释，有了半导体，才有现代意义上的通用计算机；为了向世界传递加速器数据，科学家们才发明了万维网；量子力学构建起非常精确的原子钟，才使GPS卫星全球定位、导航等成为可能。可以说，量子技术是现代信息技术的硬件基础。 “一部手机当中，至少凝聚了8项诺贝尔奖成果。”潘建伟谈到，其中很多与量子力学有关。例如，2000年，用于屏幕的导电聚合物获诺贝尔化学奖，用于芯片的集成电路获诺贝尔物理学奖；2007年，用于存储器的巨磁阻效应获诺贝尔物理学奖；2009年，用于相机的半导体成像器件获诺贝尔物理学奖。 第二次量子革命：主动调控和操纵 潘建伟指出，科学家在对量子纠缠这一诡异的互动展开大量实验研究的过程中，发展出精细的量子调控技术，而结合量子调控和信息技术，人类迎来了以量子信息技术为代表的第二次量子革命，从对量子规律被动的观测和应用变成了对量子状态的主动调控和操纵。这一飞跃，正如人类对生物学的认识从孟德尔遗传定律跨越到DNA基因工程。 量子信息技术中的量子通信、量子计算能够满足信息技术发展至今对安全性的极高要求，和对计算能力的巨大需求。 “量子通信可以提供原理上无条件安全的通信方式。”潘建伟介绍，它的目标是要在更大的范围里实现安全的信息传输。它的发展路线是，先通过光纤实现城域量子通信，再通过中继器建立城际量子通信网络，最后通过卫星中转实现网络达不到的远距离量子通信。 “量子计算的发展则要分为三个阶段。”潘建伟认为，第一阶段，就是谷歌实现的量子霸权，即针对一些特殊问题，造出一台比目前计算机更快的量子计算机，大概需要50个量子比特；第二阶段，他们希望能够操纵几百个量子比特，实现一种专用的量子模拟机，用于高温超导机制、特殊材料设计等目前计算机无法处理的问题；第三阶段就是争取未来二三十年，造出可编程的通用量子计算机。 “我们已经能够实现100个甚至几百个原子的纠缠，在一些模拟的问题里，大概能够达到全世界计算能力总和的100万倍。”潘建伟透露，2020年，研究团队计划实现对50个光子的相关操纵，验证量子霸权。其技术路线采用玻色取样，相比谷歌更具优越性，预计计算速度将达到全球最强超级计算机“顶点（Summit）”的1亿倍。在量子通信方面，他们计划研制一台光钟，精度达到10-21秒，大概10万亿年误差不超过1秒钟，这种技术也可以提供一种引力波探测的新途径。 “经典计算机是决定论的，经典人工智能无论多么聪明，我们觉得那还是一个机器人。”潘建伟总结道，但是量子力学第一次把观测者的意识与物质的演化结合起来，量子计算机可能和人类的大脑有一些相通。人工智能是一种软件技术，量子计算是硬件技术，人工智能和量子计算结合到一起的时候，其实是人类自己创造出了一个非生物体的“小孩”。 “从某种意义上来讲，这个‘小孩’可能比我们更聪明，甚至可以超越人类的智慧。”潘建伟说。 责编：李文瑶 原文章作者：环球网，转载或内容合作请点击 转载说明 ，违规转载法律必究。寻求报道，请 点击这里 。