量子議題：你永遠無法真正知道未來

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十多年來，人們一直在爭論量子電腦是否對比特幣網路構成現實威脅。早在 13 年前，當我第一次發現比特幣時，這就已經是一個嚴肅的話題。

從很久以前我還是個笨手笨腳的傻瓜，試圖弄清楚這裡發生了什麼事以來，無論在理論還是現實工程方面，都已經取得了相當大的進展。

自那時起，已經達成了兩個重要的里程碑，這對在未來十年左右實際生產出可行的量子電腦的可能性產生了實質影響。這並不意味著它必然會達到普及的程度，甚至對於擁有大量資本的人來說相對容易取得。

但在不久的將來，很有可能會生產出一些可行的機器。

第一個重大改進是在錯誤修正方面。為了應對在如此微小的尺度上工作時固有的雜訊，要在實務上獲得有用的邏輯量子位元，需要使用多個冗餘的物理量子位元。

先前最先進的方法是表面碼，這是一種將多個物理量子位元捆綁在網格中，並使用其中一些作為檢查量子位元的方法，這些檢查量子位元會定期「檢查」它們的鄰居，以確保疊加態中沒有發生內部錯誤（而不會使疊加態塌縮）。每個網格的空位都需要用檢查量子位元來填補。

這種檢查量子位元的需求帶來了額外的開銷，每個邏輯量子位元總共可能需要接近 1,000 個物理量子位元，而且在規模上會變得很糟糕，因為檢查量子位元只能檢查緊鄰它們的量子位元。因此，每一組量子位元都需要以等距間隔放置檢查器。

量子低密度奇偶校驗（qLDPC）碼消除了這個瓶頸，允許檢查量子位元在設備上遠距離檢查其他量子位元（無論是透過交織的跡線在晶片區段之間通訊，還是像中性原子設計那樣物理移動原子）。這使得產生可靠邏輯量子位元所需的物理量子位元數量減少了 10 倍。

這可不是小事。雖然它可能不是一台功能齊全的機器在提高效率方面取得進展，但這是生產功能齊全的量子電腦所依賴的工程流程中的實質效率提升。

第二個則涉及一個更根本的問題，即關於增加更多物理量子位元會導致系統整體雜訊降低而非增加的斷言。這在目前仍然只是理論，而且你必須記住，至今還沒有一台功能齊全的量子電腦從頭到尾執行過經典電腦無法完成的計算。

Google 使用他們的 Sycamore（以及後來的 Willow）晶片進行了一項實驗，以實驗驗證增加更多物理量子位元的效應。必須非常清楚，這不是展示執行計算，而只是展示在記憶體中儲存資訊而不衰減。

他們透過使用由 17 個物理量子位元組成的邏輯量子位元、由 49 個物理量子位元組成的邏輯量子位元，以及由 101 個物理量子位元組成的邏輯量子位元，證明了邏輯錯誤率（資料損壞的頻率）隨著物理量子位元數量的增加而降低。這項測試通過了一個關鍵門檻，即由獨立物理量子位元構成的邏輯量子位元，其維持相干性的時間比組成它的任何單一物理量子位元都長。

再次強調，這不是躍進到一台功能齊全的量子電腦執行經典機器無法完成的計算，但這是證明量子電腦基本假設之一的實質進展。

這些也不是我們在這個問題空間中找到更好解決方案的唯一事情。人工智慧已成為這些系統中的重要組成部分。它被用於實際讀取和解碼量子電腦資訊的過程，這是實際大規模利用它的一大瓶頸。

人工智慧也被用於開發針對這類機器最佳化的新量子演算法，鑑於最近人工智慧幫助解決（甚至推翻現有猜想）數學領域重大問題的一系列事件，考慮到人工智慧帶來重大突破的可能性，這並不算太瘋狂的飛躍。

它們也被用於實際設計使用不同架構建構的實體量子電路。這實際上是一個非常複雜的問題，要找到在物理空間中佈局量子閘的最佳方式，以最小化量子層面的雜訊，同時又不會創造太多空白空間而引入延遲、低效率和其他需要解決的問題。

這是一個很可能會加速解決必要根本問題的因素。

最終，在我看來，這歸結為一個問題：增加更多物理量子位元會降低雜訊的假設，在涉及計算和主動操縱量子資訊時是否真的成立。

如果這個假設成立，並且在不久的將來沒有被實驗推翻，那麼我認為在未來十年內生產出可行的量子電腦是非常現實的。

有大量的資源被投入到這個問題上，在解決問題的各個部分方面取得了顯著（但並非壓倒性）的進展，而且如果從根本上存在做某件事的方法，人類通常都能找到。

我不是說現在就該恐慌，但不要忽視這種可能性。

這篇文章收錄在最新一期的 Bitcoin Magazine 印刷版《量子議題》中。我們在此分享，作為對整期雜誌所探討想法的先睹為快。

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