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量子专刊：你永远无法真正预知未来
关于量子计算机是否对比特币网络构成现实威胁，人们已经争论了十多年。早在 13 年前我自己第一次接触比特币时，这就已经是一个被认真讨论的话题了。
从很久以前我还只是个笨手笨脚、努力想搞清楚这里究竟发生了什么的傻瓜时算起，无论在理论还是在实际工程方面，都已经取得了相当大的进展。
自那以后，已经跨越了两个重大里程碑，它们实实在在地改变了在未来十年左右真正造出一台可用量子计算机的可能性。但这本身并不意味着它会变得无处不在，甚至也不意味着对那些拥有大量资本的人来说会相对容易获得。
但在不远的将来造出若干台可用机器，是非常有可能的。
纠错方面的改进
第一项重大改进出现在纠错上。为了应对在如此微小尺度上操作所固有的噪声，要得到一个在计算中真正有用的逻辑量子比特，实际上需要使用多个冗余的物理量子比特。
此前实现这一点的最先进方法是表面码——把多个物理量子比特汇聚在一个网格中，并用其中一些作为校验量子比特，由它们周期性地『查看』相邻比特，以确保叠加态中没有出现内部错误（同时又不使叠加态坍缩）。网格中的每一个空位都需要用校验量子比特来填满。
这种对校验量子比特的需求会带来一份额外的开销，总体上每个逻辑量子比特可能接近 1,000 个物理量子比特，而且在大规模下会变得糟糕，因为校验量子比特只能查看紧邻自己的量子比特。因此每一组量子比特都需要让校验者以等距间隔排布。
量子低密度奇偶校验（qLDPC）码消除了这一瓶颈，使校验量子比特能够跨越很大的距离去校验其他量子比特（要么通过相互交织、在芯片各区段之间通信的走线，要么像中性原子方案那样在物理上移动原子），遍及整个器件。这使得生成一个可靠逻辑量子比特所需的物理量子比特数量减少了 10x。
这可不容小觑。尽管它也许还算不上一台在提升效率上不断取得进展的完全可用机器，但这确实是在支撑完全可用量子计算机生产的那些工程流程上取得的实实在在的效率提升。
在证明基本前提上的进展
第二项则涉及一个更为根本的问题，围绕着这样一个论断：增加更多物理量子比特会使系统的总体噪声减少，而不是增加。就目前而言，这其实仍然只是理论，而且必须记住，迄今为止从未有过一台完全可用的量子计算机，能够端到端地完成一项经典计算机无法完成的计算。
Google 用其 Sycamore（以及后来的 Willow）芯片做了一项实验，以通过实验验证增加更多物理量子比特的效果。必须说得非常清楚，这并不是在演示执行计算，而只是在演示把信息存入存储器而不让其衰减。
他们借助由 17 个物理量子比特组成的一束、由 49 个物理量子比特组成的一束，以及由 101 个物理量子比特组成的一束所构成的逻辑量子比特表明：逻辑错误率——即数据损坏的频率——随着物理量子比特数量的增加而下降。这项测试跨过了一个临界阈值，在该阈值下，由这些独立物理量子比特构成的逻辑量子比特，其保持相干的时间比构成它的任何单个物理量子比特都更长。
还是要说，这并不是跃升到一台能够执行经典机器无法完成之计算的完全可用量子计算机，但它确实是证明量子计算机所依赖的基本假设之一的实实在在的进展。
人工智能
在这一问题领域，这些也并非我们正在寻求更佳解决方案的唯一方面。人工智能已成为这些系统中的一个重要组成部分。它被用于从量子计算机中读取并解码信息的实际过程中，而这正是真正大规模利用量子计算机的一大瓶颈。
人工智能还被用于开发针对此类机器优化的新型量子算法。鉴于近来人工智能屡屡帮助解决（甚至推翻已有猜想）数学领域的重大难题，去设想由人工智能带来重大突破的可能性，其实并不算多么疯狂的一步。
在用不同架构构建的实际物理量子电路的设计中，它也被派上了同样的用场。这其实是一个非常复杂的问题：找到在物理空间中布置量子门的最优方式，以在量子层面把噪声降到最低，同时又不至于留出过多空白，以致引入延迟、低效以及其他有待解决的问题。
这是一个很可能大大加速攻克那些必要基本难题之进程的因素。
前景展望
归根结底，在我看来，这归结为一个问题：当涉及计算以及对量子信息的主动操控时，增加更多物理量子比特会降低噪声这一假设是否真的成立？
如果这一假设成立，并且在不远的将来的某个时候没有被实验推翻，那么我认为，在未来十年内造出一台可用量子计算机是很有现实可能的。
投入到这个问题上的资源规模巨大，在攻克问题的各个部分上也有可观（但并非压倒性）的进展；而且，如果从根本上存在某种做成某事的办法，人类通常总能把它琢磨出来。
我并不是说到了该恐慌的时候，但也别小看这种可能性。
本文收录于 Bitcoin Magazine 最新一期印刷版——量子专刊。我们在此先行分享，作为对整期所探讨诸多观点的一次提前一瞥。
本文《量子专刊：你永远无法真正预知未来》最初发表于 Bitcoin Magazine，作者为 Shinobi。
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