以下是文章主要內(nèi)容：

 

　　哈穆特·奈文（Hartmut Neven）信奉平行世界。在最近的一個(gè)早上，在谷歌的洛杉磯辦公室外面，這位53歲的計(jì)算機(jī)科學(xué)家在給我講解量子力學(xué)如何支持所謂的多元宇宙理論。奈文指著處在我倆中間的那個(gè)磁帶錄音機(jī)。他說，我們看到的磁帶錄音機(jī)只是該設(shè)備的其中一個(gè)“經(jīng)典形態(tài)”。“但在某個(gè)我們現(xiàn)在還沒能感知到的地方，它有其它的版本。”

 

　　據(jù)奈文稱，不僅磁帶錄音機(jī)是這樣，所有的物品都是如此。“即便是像你我這樣的系統(tǒng)，”他表示，“在平行世界我們所有人都有不同的形態(tài)。”

 

　　奈文領(lǐng)導(dǎo)過谷歌一部分最具開創(chuàng)性的項(xiàng)目，從圖像識(shí)別軟件到谷歌眼鏡?，F(xiàn)在他面前的那項(xiàng)任務(wù)是他在整個(gè)職業(yè)生涯中最錯(cuò)綜復(fù)雜的一個(gè)：基于量子力學(xué)的怪異原理開發(fā)計(jì)算機(jī)。

 

 

　　量子力學(xué)不好一下子就解釋清楚，但Cliffs Notes版本是這么解釋的：科學(xué)家證明原子能夠同時(shí)以兩種狀態(tài)存在，這種現(xiàn)象叫做疊加。例如，單個(gè)原子能夠同時(shí)存在于兩個(gè)位置。

 

　　規(guī)模擴(kuò)大的話，疊加甚至?xí)兊酶庸之?。由于世間萬物都是由原子組成，有的物理學(xué)家作理論推定完全的物體存在于多個(gè)維度，讓平行世界成為了可能。

 

　　連阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）都搞不清楚量子力學(xué)。該諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主聲稱量子力學(xué)背后的思考存在根本性的缺陷。后來，科學(xué)家們一再地確切證明了該理論。

　　在谷歌位于加州圣巴巴拉的實(shí)驗(yàn)室里，該公司的量子芯片被凍結(jié)在懸在空中的低溫恒溫器里

 

　　這些原理是下一代計(jì)算革命的關(guān)鍵所在。在加州圣巴巴拉市的一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)室里，奈文以及20多位谷歌物理學(xué)家和工程師在利用量子力學(xué)來打造運(yùn)算潛力令人膛目結(jié)舌的計(jì)算機(jī)?？煽康囊?guī)?；孔佑?jì)算機(jī)有望改變從AI到化學(xué)的各行各業(yè)，加速機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，帶來新型的材料、化學(xué)物和藥物。

 

　　“可正常運(yùn)作的話，量子計(jì)算機(jī)將會(huì)改變整個(gè)世界，改變事物的運(yùn)作方式。”硅谷知名風(fēng)投Andreessen Horowitz合伙人、物理學(xué)家維賈伊·潘德（Vijay Pande）說道。該風(fēng)投公司投資了量子計(jì)算初創(chuàng)公司Rigetti Computing。

 

　　其他的人則持不大一樣的看法，尤其是學(xué)者。

 

　　“量子計(jì)算機(jī)不僅僅是我們所熟悉的那種計(jì)算機(jī)的更快速版本。它是一種全新的利用自然進(jìn)行運(yùn)算的方式。”德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森（Scott Aaronson）指出，“人們會(huì)問，‘它要快上一千倍嗎？還是要快上百萬倍？’這完全取決于應(yīng)用。它有可能會(huì)在短短一分鐘內(nèi)解決我們通過經(jīng)典計(jì)算機(jī)無數(shù)年都無法解決的問題。而在其它的測試中，量子計(jì)算機(jī)則可能只能給你帶來不大的幫助，有時(shí)候甚至完全幫不上忙。”

 

 

　　近30年來，這些機(jī)器一直都被認(rèn)為是只有科幻片才有的東西。幾年前，科學(xué)界普遍認(rèn)為可靠的規(guī)?；孔佑?jì)算機(jī)至少20年后會(huì)到來，但也有可能永遠(yuǎn)都不會(huì)到來。

 

　　“現(xiàn)在不再有人說量子計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)都不會(huì)到來了。”加拿大針對量子計(jì)算的安全加密解決方案提供商Isara?的CEO斯科特·托茨克（Scott Totzke）說，“我們處在非常非常初期的發(fā)展階段，但我們早就越過了科幻階段。”

 

　　全球各地的企業(yè)和高校都在競相開發(fā)這些機(jī)器，Alphabet旗下子公司谷歌似乎處在領(lǐng)先位置。明年年初，谷歌的量子計(jì)算機(jī)將會(huì)面臨一次嚴(yán)峻的考驗(yàn)：解決一個(gè)晦澀難解的、經(jīng)典計(jì)算機(jī)要花數(shù)十億年才能完成的運(yùn)算問題。如取得成功，那標(biāo)志著“量子霸權(quán)”（對于某些問題，？量子算法的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)典算法），標(biāo)志著達(dá)到量子計(jì)算機(jī)完成某種以前不可能完成的事情的臨界點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)家們的口中，它將標(biāo)志著一個(gè)新的計(jì)算時(shí)代，標(biāo)志著所謂的經(jīng)典時(shí)代的結(jié)束。

　　谷歌64平方毫米的芯片目前是全球最先進(jìn)的通用量子計(jì)算機(jī)

 

　　經(jīng)典計(jì)算機(jī)，比如你的筆記本電腦或者手機(jī)，用比特（bit，信息量單位）來存儲(chǔ)和處理信息。比特的值要么是1，要么是0。比特由被稱作晶體管的微型電路表示。對于你的iPhone來說，每一次觸控，每一次自拍，都只不過是由“1”和“0”組成的一個(gè)長序列。

 

　　量子比特（qubit）利用疊加同時(shí)以兩種狀態(tài)存在——實(shí)際是就是同時(shí)以1和0存在。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，比特就像是要么顯示正面要么顯示背面的硬幣。而量子比特則像是被拋在空中的、不斷旋轉(zhuǎn)的硬幣，同時(shí)顯示正反面。

 

　　那種動(dòng)態(tài)性讓量子比特能夠比比特編碼和處理多得多的信息，以至于計(jì)算機(jī)科學(xué)家稱時(shí)下性能最強(qiáng)大的筆記本電腦相比量子計(jì)算機(jī)就像是算盤。理論上，一個(gè)占據(jù)數(shù)個(gè)城市街區(qū)的數(shù)據(jù)中心的計(jì)算能力，一個(gè)句點(diǎn)般大小的量子芯片就能實(shí)現(xiàn)。

 

　　那種潛力是指數(shù)式增長的結(jié)果。增加一個(gè)比特，對于經(jīng)典芯片的計(jì)算能力的提升微不足道，但增加一個(gè)量子比特，則可讓量子芯片的計(jì)算能力翻一倍。300個(gè)比特的經(jīng)典芯片大概可以驅(qū)動(dòng)一部基本的計(jì)算器，但300個(gè)比特的芯片的計(jì)算能力則達(dá)到驚人的novemvigintillion——2后加90個(gè)0的數(shù)——一個(gè)超過宇宙原子總數(shù)量的數(shù)字。

 

　　經(jīng)典計(jì)算機(jī)是二進(jìn)制的，采用比特這一信息量單位，只能用“1”或者“0”來記錄所有的信息狀態(tài)。而量子計(jì)算機(jī)使用量子比特，這種單位能夠同時(shí)是“1”和“0”。這讓量子比特在特定任務(wù)中能夠處理比比特多得多的信息——尤其是在結(jié)合的時(shí)候。每增加一個(gè)量子比特，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力就能翻一番，這種指數(shù)式增長可催生強(qiáng)大得多的規(guī)模化機(jī)器。

 

　　但這種對比僅適用于特定的運(yùn)算任務(wù)。拿比特和量子比特比較不是易事，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)是全然不同的兩種機(jī)器。不同于經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)不會(huì)對一個(gè)問題的所有潛在解決方案進(jìn)行檢驗(yàn)。相反，它們利用算法來剔除導(dǎo)向錯(cuò)誤答案的路徑，僅留下導(dǎo)向正確答案的路徑——那些算法僅適用于特定的問題。這使得量子計(jì)算機(jī)不適用于諸如網(wǎng)上沖浪的日常任務(wù)，因此別指望會(huì)出現(xiàn)量子iPhone。但它們能夠做的是，解決特定復(fù)雜到難以想象的問題，如模擬新分子來設(shè)計(jì)更加輕盈的飛機(jī)部件、更加有效的藥物和更好的電池。

 

　　量子計(jì)算機(jī)也存在錯(cuò)誤率高的問題，因此部分科學(xué)家和數(shù)學(xué)家質(zhì)疑它們的可行性。谷歌和其它的公司稱該問題可通過糾正錯(cuò)誤的算法來解決，但那些算法需要更多的量子比特來檢查進(jìn)行運(yùn)算的量子比特的工作。有的專家估計(jì)，檢查單個(gè)量子比特的工作將需要額外增加100個(gè)量子比特。

 

 

　　覺得一頭霧水吧？不只你一個(gè)是這樣。微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨（Bill Gates）最近接受華爾街日報(bào)雜志采訪時(shí)稱，他搞不明白公司的量子計(jì)算項(xiàng)目相關(guān)的幻燈片。

 

　　曾獲得諾貝爾獎(jiǎng)的理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）如是說，“我想，可以說沒有人能夠理解量子力學(xué)。”

 

　　費(fèi)曼是最早提出量子計(jì)算機(jī)概念的人之一。1981年，他在一次演講時(shí)說，模擬物理將需要基于自然或者量子力學(xué)的計(jì)算機(jī)。“可惜自然并不尋常，”他說道，“如果想要模擬自然，那你最好利用量子力學(xué)。”

 

　　在之后的20年里，研究人員嘗試打造費(fèi)曼所設(shè)想的那種機(jī)器，但沒有取得成功。量子比特被證明非常脆弱，變幻無常。它們只能夠維持幾納秒（相當(dāng)于十億分之一秒）的疊加狀態(tài)（給它們帶來大規(guī)模運(yùn)算能力的那種狀態(tài)）。近乎感覺不到的細(xì)微溫度變化，甚至空氣的單個(gè)分子，都有可能讓它們脫離那種狀態(tài)。

 

　　“這有點(diǎn)像是試圖讓雞蛋在針尖上保持平衡，”IBM量子計(jì)算科學(xué)家Jerry Chow在演講中說道，“你肯定能夠做到，但一旦噪聲、熱量或者震動(dòng)帶來哪怕一丁點(diǎn)的干擾，你也會(huì)一下子對它失去控制。”

 

　　在過去的5年間，科學(xué)家們在那種平衡做法上取得了巨大的進(jìn)步。資本隨之大量涌入，谷歌、微軟、IBM、英特爾等大型科技公司都在展開相關(guān)的項(xiàng)目，來自潛在客戶的興趣也應(yīng)聲增加。

 

　　大眾汽車公司正在測試加拿大公司D-Wave Systems打造的量子計(jì)算機(jī)。3月，雙方稱，利用來自北京的1萬輛出租車的GPS數(shù)據(jù)，他們做出了一種算法來計(jì)算前往機(jī)場最快捷且交通最順暢的路線。D-Wave表示，經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要45分鐘完成那項(xiàng)任務(wù)，但它的量子計(jì)算機(jī)一瞬間就能完成。

 

　　聽上去D-Wave似乎已經(jīng)贏得了這場競爭，但該公司造價(jià)1500萬美元的2000Q模型僅適用于范圍有限的數(shù)據(jù)分析，其中包括大眾汽車的測試。雖然該2000Q模型有2000個(gè)量子比特——科學(xué)家們警告稱，該數(shù)字不應(yīng)被拿來跟谷歌等公司的通用型量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較——該機(jī)器還沒有實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。D-Wave總裁博·埃瓦爾德（Bo Ewald）稱，2000Q并不是尋求獲得最好的答案，而是尋求“在很短的時(shí)間內(nèi)獲得足夠好的答案。”

 

 

　　并不是所有人都熱切盼望精確的規(guī)?；孔佑?jì)算機(jī)的到來。從信用卡交易到手機(jī)短信發(fā)送的一切都是利用一種依賴于因子分解或者反向倍增法的算法來進(jìn)行加密。龐大的數(shù)字——數(shù)百位數(shù)——充當(dāng)加密數(shù)據(jù)的一把鎖，而該數(shù)字的兩個(gè)質(zhì)因子就是鑰匙。這種所謂的公鑰密碼系統(tǒng)被用來保護(hù)健康檔案、在線交易和大量其它的敏感數(shù)據(jù)，因?yàn)榻?jīng)典計(jì)算機(jī)要數(shù)年時(shí)間才能找到那兩個(gè)質(zhì)因子。而量子計(jì)算機(jī)理論上可一轉(zhuǎn)眼的功夫就找到。

 

　　企業(yè)和政府都在加緊為有的人所說的Y2Q作準(zhǔn)備。Y2Q是指精確的規(guī)?；孔佑?jì)算機(jī)的到來之年，有的專家估計(jì)該類機(jī)器大概會(huì)在2026年到來。當(dāng)這一切發(fā)生的時(shí)候，我們本來嚴(yán)加看守的數(shù)字秘密可能會(huì)變得不堪一擊。

 

　　去年，美國國家安全局（NSA）發(fā)布命令，要求美國國家安全職員和供應(yīng)商必須要在“不遠(yuǎn)的將來”開始改造他們的加密系統(tǒng)，以防范量子計(jì)算機(jī)帶來的威脅。由于國家安全信息必須要被保護(hù)數(shù)十年，該機(jī)構(gòu)稱新加密系統(tǒng)必須要在這些機(jī)器到來之前落實(shí)到位。它警告道，否則的話，可破譯密碼的量子計(jì)算機(jī)會(huì)對國家安全構(gòu)成“毀滅性的影響”。

 

　　政府不僅僅在打防御戰(zhàn)。據(jù)《華盛頓郵報(bào)》報(bào)道，前NSA雇員愛德華·斯諾登（Edward Snowden）2013年泄露的文件顯示，作為8000萬美元的研究項(xiàng)目“攻克難關(guān)”（Penetrating Hard Targets）的一部分，NSA正在開發(fā)自有的量子計(jì)算機(jī)。目前還不清楚NSA取得了多大的進(jìn)展。該機(jī)構(gòu)拒絕發(fā)表評(píng)論。

 

　　各方角逐量子計(jì)算機(jī)的主要?jiǎng)恿υ谟冢鼡碛蓄嵏哺餍懈鳂I(yè)的潛力。專家認(rèn)為，該類機(jī)器短期的最大希望是，為兩個(gè)快速增長的領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)和AI以及企業(yè)提供巨大助力。谷歌的奈文表示，預(yù)計(jì)十年內(nèi)所有的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)都將運(yùn)行于量子計(jì)算機(jī)。

 

 

　　這場商業(yè)化競賽今年早些時(shí)候顯著升溫。5月，IBM發(fā)布16個(gè)量子比特的芯片，這是通用量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)里程碑。前一天，一個(gè)貿(mào)易集團(tuán)公布其對谷歌量子硬件負(fù)責(zé)人約翰·馬丁尼斯（John Martinis）的采訪內(nèi)容，馬丁尼斯不小心透露谷歌有22個(gè)量子比特的芯片。

　　在顯微鏡下看谷歌64平方毫米的芯片，可以看到它的商標(biāo)：該公司的名字拼寫出現(xiàn)在底部

 

　　目前，谷歌的芯片被凍結(jié)在該公司的圣巴巴拉實(shí)驗(yàn)室被稱作低溫恒溫器的精制大桶里面。該實(shí)驗(yàn)室位于洛杉磯，是奈文領(lǐng)帶的量子項(xiàng)目的一個(gè)悠閑基地。里面有乒乓球桌和各式各樣的小對鼓，整個(gè)空間感覺就像是附近的加州大學(xué)圣巴巴拉分校校園的延伸部分。辦公室負(fù)責(zé)人馬丁尼斯是該大學(xué)的物理學(xué)教授，他的很多雇員都是研究生。

 

　　在最近的一個(gè)下午，兩位最近從加州大學(xué)圣巴巴拉分校獲得博士學(xué)位的悠閑工程師丹尼爾·贊克（Daniel Sank）和阿米特·溫森徹（Amit Vainsencher）帶我去看位于該實(shí)驗(yàn)室一個(gè)角落的閃閃發(fā)光的低溫恒溫器。由于微粒受到再輕微的干擾也會(huì)脫離疊加狀態(tài)，量子計(jì)算機(jī)必須要與外部世界完全隔絕開來。該低溫恒溫器的高導(dǎo)磁合金表面可阻隔地球的磁場，它上面貼著一個(gè)保險(xiǎn)杠貼紙，寫著：“我的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)是經(jīng)典計(jì)算機(jī)。”

 

　　取自鄰近布滿銀霜的容器的壓縮氮和液態(tài)氮將低溫恒溫器內(nèi)部冷卻到零下459.6華氏度，該溫度僅比最低的溫度高一點(diǎn)，這給谷歌的量子比特進(jìn)行運(yùn)算創(chuàng)造了所需的導(dǎo)電條件。“如果你要搖動(dòng)這個(gè)框架，實(shí)際上你可以看到溫度計(jì)顯示溫度上升。”溫森徹在搖動(dòng)該將低溫恒溫器懸在空中來抑制來自震動(dòng)的感染的架構(gòu)之前表示，“我或許不該那么做。”

 

　　該裝置如此錯(cuò)綜復(fù)雜，而且費(fèi)用高昂，這意味著谷歌和它的同行很可能將通過云端出售量子計(jì)算，可能會(huì)按秒計(jì)費(fèi)。

 

　　目前，奈文在南加州的團(tuán)隊(duì)在緊鑼密鼓地完成49個(gè)量子比特的芯片。他們希望該芯片會(huì)將他們帶到量子霸權(quán)以及一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域里，計(jì)算機(jī)利用復(fù)雜到無法想象的自然法則，而是將世界轉(zhuǎn)變成“1”和“0”。

 

　　“這臺(tái)計(jì)算機(jī)里面沒有晶體管。”奈文說，“它是一個(gè)全然不同的野獸。它是多元宇宙里的原住民。”