知识窗

每种新技术都有能力创造奇迹，但同时也有可能给人类带来恐惧。瑞士科学家Conrad Gessner在16世纪就警告说，印刷媒体造成的数据过载会给人们的心智造成“混乱和损害”。每种可能的进步都经历过类似的担忧，从火车和汽车到计算机和社交媒体无不如此。 实际上技术变革了人类体验，而且始终有利有弊。信息技术降低了我们在头脑中记住信息和执行运算的能力。汽车导致污染和每年数千人死亡。尽管如此，我并没有看到很多人愿意放弃它们。 我们即将进入量子时代，并且各种哗众取宠的报道已经开始显现。举例而言，最近发表的一篇媒体文章警告说，量子计算机有能力攻破最安全的加密算法。这听起来像是一个恐怖的问题，也确实是一个恐怖的问题，但同时也是一个很容易解决的问题。在量子时代，我们需要的不是荒谬地散布恐慌言论，而是去理解这一技术的飞跃。 量子计算机是什么? 1993年，IBM研究院进行了一次不同寻常的实验。该实验起源于阿尔伯特-爱因斯坦与尼尔斯·波尔之间一场存在已久的争议。争议的问题称为量子纠缠，阿尔伯特·爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”，而且认为这是荒谬的。他设计了一个实验来证明波尔是错的， 然而，IBM科学家证明量子纠缠不仅是真实现象，还可能转变为常人无法想像的有用产品。该实验现在称为量子隐形传态实验，它催生了一个被称为量子信息论的全新计算机科学分支。人们逐渐清楚地意识到，在理论上可基于量子信息状态构建一台更加强大的计算机。 如今，该理论已成为现实。Google和IBM都已开发了小型量子计算机，IBM甚至允许人们通过云访问它的计算机。D-Wave公司目前正在销售其商用量子计算机，声称其使用了一种称为量子退火(quantum annealing)的算法。 显而易见，量子时代已经来临。我们预计这些早期的技术有望在未来几年内显著扩大应用规模，并且不久的将来该技术将广泛普及。这将带来令人兴奋的新的可能性，但与任何技术一样，它同时也给人们带来了新的危险。 完全消除复杂性 量子计算是完全不同的，因为利用了量子纠缠和量子叠加等亚原子效应，并且创造了大得多的计算空间。量子叠加意味着不再只有1和0两种状态，量子位可能为1、0和同时为1和0。量子纠缠以某种方式链接这些状态，甚至当今的科学家部无法完全理解该方式。 正是这种通过量子纠缠进行链接的方式从根本上改变了计算的数学法则。300个普通的位会得到600种可能的状态(2×300)，但300个量子位会得到2^300个可能的状态。全面地看，这些状态比已知宇宙中的原子数还要多。 正是这些极其庞大的计算空间，使量子计算与之前的任何技术完全不同。简单来讲，无需采用蒙特卡罗模拟或遗传算法等简便方法，我们就能完全消除复杂性，而且这将带来新的可能性。 例如，由于计算限制，工程师在训练人工智能算法时会丢失大量信息，这降低了这些算法的效率。医学也受到限制，因为我们无法理解身体内复杂的相互作用。我们还需要更好地理解先进材料的复杂动力学，以制造更好的产品。量子计算机让我们能处理所有这些复杂性，完成以前根本无法完成的事情。 加密问题 量子计算机的未来令人兴奋，但它也存在隐患。密码学家利用目前技术的局限性来保障信息和交易的安全。一旦我们能通过量子计算管控极高的复杂性，那么现有的加密标准就会失去作用。 这听上去非常恐怖。正如Jason Bloomberg在上文提及的文章中所写，“如果俄罗斯政府在美国制定出对策之前破解了我们的所有密码，盗取选票将毫不费力。欢迎来到21世纪的密码战场。” 这也是非常不切实际的。事实是，他描述的“对策”已经以量子密码学的形式存在，该理论自上世纪90年代初就已出现。事实上，美国国家安全局已开始切换为量子安全加密算法。 还有一些私营公司也实现了量子安全系统。ID Quantique便是其中之一，该公司从2007年开始安装这类系统。今年，该公司预计会在15家独立组织安装200多套系统。所以，尽管量子计算引发的安全漏洞明显是一个真实的问题，但它也是一个很容易解决的问题。 ID Quantique的CEO Gregoire Ribordy告诉我：“我们看到这个行业正在发展，吸引着新的加入者，并发展出一个围绕量子密码学的完整生态系统。我们还看到了真实的学习曲线，这降低了成本并提高了实现效率。” 锐意进取 每次技术的重大突破都会带领我们进入未知的领域。没有人真正知道印刷机印刷的大量文字会带来什么结果，就像我们不知道宇航员是否会从太空带回陌生的新疾病，或者我们突破音障后会发生什么一样。 然而，我们取得了所有这些成就，而且生活因此变得更好。技术大大改善了我们的生活，使我们更健康、更繁荣，甚至更聪明了。然而它也带来了各种挑战，比如人口过剩、气候变化和致命的车祸，不过技术也为我们提供了应对这些挑战的能力。 重要的是，我们始终在锐意进取。正如IBM科学家Jerry Chow告诉我的，“我很兴奋能研究量子计算机。我没有与阿兰-图灵或葛丽丝·霍普[一位早期的计算机编程先驱]或任何类似科学家合作过。但是现在，我正在帮助开辟一个新的时代，而且这甚至可能比第一次计算机革命更令人兴奋。” 这正是技术如此引人入胜的地方。它开启了一扇新的大门。显然，并非在这扇门后发现的一切都是我们喜欢的，但仅仅走过这扇大门也是一种进步。因为一旦我们跨过这道门槛，就一定会发现另一侧为我们打开的新的可能性。

摘自《奥秘》2017.11