量子特刊：你永远无法真正预知未来

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十多年来，人们一直在争论量子计算机是否对比特币网络构成现实威胁。13 多年前，当我第一次发现比特币时，这已经是一个严肃的话题。

从很久以前我还是个笨手笨脚的傻瓜，试图弄清楚这里发生了什么，到现在，无论是在理论还是现实工程方面，都取得了相当大的进展。

自那时以来，已经达到了两个重要的里程碑，它们对在未来十年左右实际生产出可行的量子计算机的可能性产生了实质性影响。这并不意味着它一定会达到普及的程度，甚至对于拥有大量资本的人来说相对容易获得。

但在不久的将来，很有可能生产出多台可行的机器。

第一个重大改进是在纠错方面。为了应对在这种微小尺度下工作所固有的噪声，要获得一个在实际计算中有用的逻辑量子比特，需要使用多个冗余的物理量子比特。

此前最先进的方法是表面码，这是一种将多个物理量子比特捆绑在网格中，并使用其中一些作为校验量子比特的方法，这些校验量子比特会定期“检查”其邻居，以确保叠加态中没有发生内部错误（而不会使叠加态坍缩）。每个网格的空位都需要用校验量子比特填充。

这种校验量子比特的要求带来了额外的开销，每个逻辑量子比特总共可能需要接近 1,000 个物理量子比特，而且在大规模情况下会变得很糟糕，因为校验量子比特只能检查紧邻的量子比特。因此，每一组量子比特都需要以等距间隔放置校验器。

量子低密度奇偶校验（qLDPC）码消除了这一瓶颈，允许校验量子比特在设备上远距离检查其他量子比特（要么通过交织的迹线跨芯片部分通信，要么像中性原子设计那样物理移动原子）。这使得产生一个可靠的逻辑量子比特所需的物理量子比特数量减少了 10 倍。

这可不是小事。虽然它可能不是一台功能齐全的机器在提高效率方面取得进展，但它是量子计算机生产基础工程过程中的实质性效率提升。

第二个涉及一个更根本的问题，即增加更多物理量子比特会导致系统整体噪声降低而不是增加这一论断。这一点目前实际上仍停留在理论层面，你必须记住，迄今为止还没有一台功能齐全的量子计算机能够端到端地执行经典计算机无法完成的计算。

谷歌使用其 Sycamore（后来是 Willow）芯片进行了一项实验，以实验验证增加更多物理量子比特的效果。需要非常明确的是，这不是计算能力的演示，而只是展示信息在内存中存储而不衰减。

他们通过使用由 17 个物理量子比特、49 个物理量子比特和 101 个物理量子比特组成的逻辑量子比特，证明了逻辑错误率（数据损坏的频率）随着物理量子比特数量的增加而降低。这项测试通过了一个关键阈值，即由独立物理量子比特创建的逻辑量子比特保持相干性的时间比组成它的任何单个物理量子比特都要长。

再次强调，这并不是跃升到一台功能齐全的量子计算机执行经典机器无法完成的计算，但这是证明量子计算机基本假设之一的实质性进展。

在这个问题空间中，我们找到更好解决方案的也不仅仅是这些。人工智能已经成为这些系统的重要组成部分。它被用于从量子计算机读取和解码信息的实际过程中，这是大规模实际应用的一大瓶颈。

人工智能还被用于开发针对这类机器优化的新量子算法，鉴于最近人工智能帮助解决（甚至推翻现有猜想）数学领域重大问题的热潮，考虑人工智能带来重大突破的可能性并不算太疯狂。

它们也被用于实际设计使用不同架构构建的实际物理量子电路。这实际上是一个非常复杂的问题，要找到在物理空间中布局量子门的最佳方式，以最小化量子层面的噪声，同时又不产生太多空白空间而导致延迟、低效和其他需要解决的问题。

这个因素很可能极大地加速解决必要根本问题的进程。

最终，在我看来，这归结为一个问题：增加更多物理量子比特会降低噪声这一假设，在涉及计算和主动操纵量子信息时是否真的成立。

如果这个假设成立，并且在不久的将来没有被实验推翻，那么我认为在未来十年内生产出可行的量子计算机是非常现实的。

有大量资源被投入到这个问题上，在解决部分问题上取得了显著（但并非压倒性）的进展，而且如果从根本上存在做某事的方法，人类通常都能找到。

我并不是说现在是恐慌的时候，但不要低估这种可能性。

本文收录于 Bitcoin Magazine 最新一期印刷版《量子特刊》。我们在此分享，作为对整个特刊所探讨思想的先睹为快。

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