E180｜量子计算的Transformer时刻与科技巨头的路径之争

半导体是一个非常传奇的过去，AI是一个蓬勃的当下，量子计算是不可避免的未来。

2024年12月，谷歌宣布基于Willow芯片的量子计算机仅需不到5分钟就完成了一项传统计算机需要“10的25次方”年才能算完的标准数学运算，并且克服了高错误率的难题。这一突破被业界称为量子计算的“Transformer时刻”。

不过，量子计算距离真正实现可用性还需要多久？本期节目我们邀请到两位量子计算领域的科学家和创业者，一起讨论黄仁勋关于量子计算的时间预测，谷歌Willow芯片的重要性，硅谷公司在量子计算领域的布局有何不同，以及它将如何影响加密货币、银行体系，以及整个密码学领域。

【主播】
泓君Jane，硅谷101创始人，播客主理人
【嘉宾】
Roger Luo，Anyon Technologies 创始人兼CEO，加州理工博士与伯克利大学的博士后
Jared Ren（任恒江），Anyon Technologies 创始人兼CTO，加州理工博士与博士后

【你将听到】
06:25 理解量子计算，量子比特的叠加态与纠缠态
09:58 四大最先受益领域：矩阵运算、因数分解、量子化学模拟，优化计算
13:50 黄仁勋判断二十年内实现可用量子计算，量子概念股集体暴跌
17:30 明贬暗捧的英伟达：表面保守预测，暗地快速布局，量子计算或成GPU新增量
20:00 下一代AI：量子增强帮助AI模型实现更强大的泛化能力
22:26 谷歌的里程碑：Willow芯片解决量子纠错难题
26:37 量子计算的Transformer时刻到
27:47 理解量子纠错：从经典计算机的噪音处理，到量子计算的特殊挑战
30:56 攻克高错误率的关键：“表面码”方案让量子"稳定"运行

32:00 百家争鸣的量子计算路线：

• IBM：超导量子比特路线，固守非纠错路线十多年之后被迫转向
• D-wave：量子退火路线，不做通用量子计算选择限制了发展可能
• 亚马逊：超导量子比特路线
• 微软：曾押注拓扑量子比特但未成功，现转向软件平台
• IonQ：离子阱路线，小规模表现好但难以扩展
• Regetti：超导量子比特路线，早期技术领先但后劲不足

47:30 学界落后于工业界：量子计算从科学难题变成工程问题
49:59 揭秘量子计算机造价：一台造价百万美元的未来机器
52:19 加息和降息的影响：从政府，主权基金到VC，谁在押注量子未来
53:34 后量子时代的密码学：银行与科技巨头布局新一代加密技术
55:33 加密货币的“命门”：破解私钥比银行密码简单
01:00:01 当运营商不作为，金融机构来铺抗量子硬件
01:03:31 新的卖铲人诞生了：硬件供应商的新机遇

【文中提到的相关人物】

• Irfan Siddiqi：加州大学伯克利分校教授，主要研究方向是超导量子计算。他是量子信息科学和工程中心（Quantum Information Science and Engineering Center）的创始成员之一。他在量子比特设计、量子测量技术以及量子纠错方面做出了重要贡献。
• John Martinis：著名的超导量子计算专家，曾经是谷歌量子AI团队的领导者之一。他在加州大学圣巴巴拉分校工作期间，开发了许多重要的量子比特设计和量子计算技术。Martinis 在2019年宣布谷歌实现了“量子优越性”（Quantum Supremacy），即谷歌的量子计算机在特定任务上超过了经典计算机。
• Oskar Painter：加州理工学院教授，专注于光子量子计算和量子光子学。他在量子光子学器件和系统方面做出了开创性的工作，特别是在开发高效的量子光源和量子接口方面。他的研究有助于推动量子网络和量子通信的发展。
• Alexei Kitaev：加州理工学院教授，他在量子计算和量子信息理论方面做出了许多开创性的贡献。他提出了拓扑量子计算的概念，并开发了Kitaev量子比特模型。他还提出了著名的Kitaev链模型和表面码（Surface code）量子纠错方案，这些都是量子计算领域的核心概念。
• Chad Rigetti：Rigetti Computing 的创始人兼首席执行官，曾在耶鲁大学获得了应用物理方面的博士学位。在创办Rigetti Computing之前，Chad Rigetti曾在多个量子计算领域的公司和实验室工作，包括与 IBM 和 Intel 等公司合作。他在量子计算硬件方面的专业知识使得他能够着眼于开发可扩展的量子计算机，尤其是在超导量子比特方面。
• Ilya Sutskever：OpenAI 的联合创始人之一，前OpenAI首席科学家。在离开 OpenAI 后，Ilya Sutskever 创立了一家名为“安全超级智能”（Safe Superintelligence Inc., SSI）的新公司，目标是通过革命性的工程和科学突破来解决安全性和能力之间的技术难题。

【相关技术名词】

• 量子计算（Quantum Computing）：量子计算中的基本单位，类似于经典计算中的比特（bit）。不同的是，量子比特不仅可以表示0或1，还可以同时以量子叠加的方式表示0和1的组合（即同时处于多个状态）。量子比特的状态受到量子力学规律的影响，具备并行计算能力，是量子计算机能够进行超强计算的基础。
• 量子纠错（Quantum Error Correction）：量子纠错是用来抵抗量子计算过程中出现的误差的一种方法。由于量子比特极易受到环境噪声的影响，这会导致计算错误。量子纠错代码（如Shor码、Steane码等）通过引入冗余的量子比特和复杂的算法，确保即使部分量子比特出现错误，计算结果仍然可靠。量子纠错是实现容错量子计算的关键。
• 量子纠缠（Quantum Entanglement）：量子纠缠是一种量子力学现象，其中两个或多个量子比特处于一种紧密的状态，彼此间的状态彼此依赖。即使它们相隔很远，对其中一个量子比特的操作也会立即影响另一个。量子纠缠是量子计算和量子通信中的一个重要概念，它允许信息在量子系统中以非常特殊的方式传递。
• 超导量子（Superconducting Quantum）：超导量子计算是一种通过超导电路实现量子比特的技术。超导材料在低温下具有零电阻特性，这使得量子比特可以在超导电路中稳定地存储和传递量子信息。超导量子计算是目前量子计算领域最活跃的研究方向之一。
• Shor算法（Shor’s Algorithm）：Shor算法是一个量子算法，用于大整数分解问题。它的发现是量子计算的一个重要突破，因为这个问题在经典计算机中非常困难。Shor算法能够在多项式时间内分解大整数，这对于许多加密算法（如RSA加密）构成了潜在威胁。
• 量子退火（Quantum Annealing）：量子退火是一种优化算法，利用量子力学的原理来寻找系统的最低能量状态（即最优解）。它特别适用于解决组合优化问题，如最短路径问题、背包问题等。量子退火与量子计算中的其他算法（如量子算法的加速）不同，更多关注通过量子力学的效应来找到全局最优解。量子退火已经在一些量子计算硬件上（如D-Wave系统）得到应用。
• Large scale fault tolerant quantum computer，大规模容错量子计算机：是指能够容忍计算错误并维持量子计算过程稳定的大型量子计算机。实现这一目标需要解决量子比特的噪声和错误问题，采用量子纠错技术并构建能够处理大规模量子比特的系统。当前，这仍然是量子计算领域的一个挑战，但它被认为是实现实用量子计算的最终目标之一。
• Google Sycamore：是Google开发的一款量子处理器，标志着量子计算领域的一个重大突破。2019年，Google宣布Sycamore量子处理器成功实现“量子优越性”（Quantum Supremacy），即它能够在200秒内完成一个经典超级计算机无法在合理时间内完成的任务。Sycamore的成功展示了量子计算在某些任务上超越传统计算机的潜力。
• 量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）：是一种利用量子力学原理（如量子纠缠）来实现安全密钥交换的技术。QKD的基本思想是，通过量子信号传输密钥，任何试图窃听的行为都会被检测到，因此能够提供比传统加密方法更高的安全性。
• 椭圆曲线签名：是一种基于椭圆曲线数学结构的数字签名算法，广泛用于现代加密系统中，如ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）。这种签名方法相比传统的RSA算法，提供了更高的安全性和更低的计算成本。椭圆曲线加密在量子计算出现之前被认为是一种非常安全的加密方式，但它可能会受到量子计算攻击（如Shor算法）的影响。

【监制】
杜秀
【后期】
AMEI
【BGM】
Swerve Space - Lama House
At the End of Nothing - Silver Maple
The Road to Odessa - Lama House

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Special Guests: Jared Ren and Roger Luo.