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本期要点：大突破？黑科技？还是炒作？
12月10日，谷歌推出了全新的量子芯片Willow，一石激起千层浪。这款芯片拥有105个量子比特，实现了误差率的显著下降，这意味着长期困扰量子计算领域的纠错问题，终于迎来了突破性的进展。不仅特斯拉CEO马斯克和OpenAI的CEO奥特曼对此予以了肯定，连谷歌的股票都随之跳涨了5%以上。![]()
谷歌有关Willow量子芯片的宣传图
因为纠错问题一直是制约量子计算发展的重大障碍。在量子计算中总是不可避免地会出现错误，且错误率远高于经典计算机，严重影响了计算结果，降低了量子计算的有效性。然而，纠错需要增加大量的成本，并会提升计算的复杂性。Willow量子芯片在纠错方面的突破，为量子计算的规模化带来了新的曙光，为进一步构建可扩展且容错性强的量子计算机奠定了基础，所以可以说是一次里程碑式的进步。相比之下，被自媒体广泛宣传的另一个优点，即Willow仅用了5分钟，就完成了世界上速度最快的超级计算机Frontier，需要10亿亿亿年才能完成的任务，其实反而没有那么重要。![]()
量子计算机
有趣的是，Willow发布的当天，英伟达股票还下跌了不少。不少朋友有些困惑，难道量子芯片的强大性能已经威胁到了英伟达GPU的地位？我认为有必要做个澄清，这是一个对量子芯片的常见误区。虽然量子计算作为一门尖端技术，在近年来不断引起科技界的热潮，无论是美国还是中国，都不断有超强量子芯片的报道传出，但我们要认识到的是，量子芯片在短期内，短则十几年、长则几十年，都无法取代现有的传统芯片，包括CPU和GPU。首先，量子计算的工作原理与传统芯片有着本质的区别。量子计算利用量子力学的原理，如量子叠加和量子纠缠，实现了信息的并行处理。经典计算机依赖于比特（0和1）来处理信息，而量子计算机则使用量子比特（qubit）。量子比特可以同时处于多个状态，这使得量子计算机在某些特定类型的计算上拥有巨大的速度优势。因此理论上，量子计算能够在极短的时间内解决经典计算机无法在可接受时间内（例如10亿亿亿年内）解决的复杂问题。但是，量子比特的创建和维持异常困难。例如，超导量子比特需要在接近绝对零度的低温环境中操作，所以尽管计算单元不大，但需要巨大的空间来容纳制冷设备，还需要利用氦-3和氦-4的混合物来达到所需的低温，以及高达10到20千瓦功率的电力来维持运行。此外，量子比特还极易受到振动、磁场和电磁辐射的干扰，这进一步增加了量子计算机应用的难度。相比之下，GPU已经拥有成熟的硬件架构和软件支持，能够在图形处理、机器学习等领域发挥出色性能。更重要的是，量子芯片也无法替代GPU的应用场景。量子计算机主要用于处理一些特定类型的问题，如量子化学模拟、气象模拟、密码学问题等。例如，谷歌的量子计算机“Sycamore”在2019年成功模拟了氢气分子的量子行为，标志着量子计算在化学模拟领域的突破性进展，但这类应用仍局限于特定领域，并未广泛普及。我们看到有人评论，有了量子计算机，万亿参数的AI大模型也能瞬间训练完成了。目前看来仍然是一个遥不可及的梦想。AI模型的训练和推理过程涉及大量的非线性优化问题和大规模的梯度下降算法，这些任务对于计算资源的稳定性和可扩展性要求很高。所以，简单说，虽然量子芯片的进展迅速，谷歌、IBM、微软、中国的阿里、百度和中国科学技术大学都取得了许多进展，但总体来说，量子计算仍处于科学研究的早期发展阶段，离走出实验室还有很长的路要走，就更不用说大规模地用于解决实际问题了。![]()
量子计算机
不过，我想强调的是，这并不意味着我们可以忽视量子计算的发展。作为前沿领域，量子计算仍然值得我们密切关注。特别是随着量子计算的发展，它将对比特币等数字货币构成实实在在的威胁。比特币和大多数其他数字货币依赖于公钥密码学来保证交易的安全性。如比特币依赖于椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和SHA-256哈希，这些算法对于经典计算机来说是绝对安全的。但在量子计算机面前，这种安全性将不再无懈可击。理论上，肖尔算法（主要量子算法之一）可以让攻击者以合法用户的身份签署交易，通过生成欺诈性交易来窃取比特币。当然，密码学领域也在积极寻求对策，后量子密码学和量子抵抗密码学也就应运而生。对于大众而言，只有当量子计算的破解能力引发了有关比特币的恐慌时，量子计算才真正到了值得关注的阶段。也就是说，我们完全可以把量子计算对比特币产生实际威胁的报道当成量子计算被广泛应用并影响到社会的市场信号。在此之前，我们可以将量子计算视为一项仍在实验室中探索的黑科技，任何关于其实际价值的讨论和投资宣传都可以等同于“炒作”。当然，持有比特币的朋友们也不必太担心，可能还需要至少十年以上这一天才有可能到来。最后，如果你对科技产业充满热情，并希望得到真实的观察和分析，推荐你加入科技特训营，在这里，你将与一群志同道合的小伙伴一起探讨科技的最新进展，共同先人一步，看清未来。更多详细的产业分析和底层逻辑，我会在科技特训营里分享，欢迎关注全球风口微信号，报名加入。
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