序
前一段时间，参加了一个信息安全的学术论坛，其中多次提到了量子密码。作为一个搞过一丢丢密码学的人，我对这次会议是充满憧憬的，毕竟世界上一般来说哪有随机数可言，都是伪随机数，让你看不到背后的逻辑而已，记得以前经典教科书上的大师说，恐怕只有真正地使用了量子技术，才有真正的随机数可言。
只是少了一个抗，就挖了一个坑
希望越大，失望越大。原来论坛上讲的是有量子抗性的密码，俗称抗量子攻击的密码，一看英文的学术词语，我大致就明白了这量子密码到底说啥了。对量子这个基于概率论的理论而言，在我求学的时候，是有大怨念和大偏见的。诚如爱因斯坦坚持的那样，上帝是不会掷骰子的，波尔的回答是，爱因斯坦，你别去教上帝怎么做事。
很长一段时间，我在怀疑自己的学习和认知的能力。直到我翻阅了大量的书籍之后，才认识到一个重要的观点，这些对人类而言有巨大冲击的理论，必然有一个消化的过程，接受、质疑、论证、再接受，这种具有批判性思考的过程，才是一个真实的学习过程，少一个都是自己骗自己的。
大师，好的老师，直到如何引导学生走过这些历程，真正学会祛魅，领会科学。普通的学者，可能只会让你先记住，懂计算，然后发论文。至少毕竟自己研究生研究的一些理论，从接触到自己觉得真正明白，看起来也超过了10年。
除了混沌理论，另一个神秘却又引人入胜的领域，当属量子理论。当一批又一批的大师，做了足够多的质疑，但是又发现洽洽证明这么算是对的时候，也无可奈何的接受，这看起来是量子领域大师们的共同点。
神秘的魔法师–《量子霸权》
还是因为这次会议讲述的内容，多少扯到了量子论。于是我想找本书来看看，领会一下当前的量子领域，都有什么最新的进展。恰好看到了一篇博文，推荐了这本加来道雄的新书《量子霸权》，也成为了2023年美国科技领域的畅销书。我是一口气就读完了这本副标题为“量子计算机会如何改变世界”的畅销书。
无独有偶，最近谷歌也推出了自己的量子芯片，说在解读量子计算的纠错方面得到了进展，成功了完成了一项传统计算机不可比拟的数学计算。其实看到这个描述的时候，我觉得自己理解了这个新闻的意思，再翻看各大的新闻，基本上都是不怎么靠谱的解读。关键点在于，量子计算机和传统计算机有什么异同之处吗？其次，量子效应真的很难描述，但是又时时刻刻都发生。再者，量子计算机能如何影响我们的生活？
这三个很简朴的问题，其实大部分的科普文章的撰写者都说不出来。这一次的新闻也一样，我翻阅了不少的文章，发现真要找到一篇负责任的，也还真找不到。大多也是旧瓶装新酒，把新闻加塞到蹩脚的量子计算机的材料中。然而，在没有看这本《量子霸权》之前，我也是云里雾里的，对这个神秘的魔法师，充满了各种幻想。此刻，我看完这本书之后，觉得是云淡风轻，也大概能评估这个工作到底是往前走了多少，虽然不具备严谨的学术性，但至少多少还明白一点事理。
每每提到量子计算机，仿佛就和大素数乘法过意不去，非得扯出公钥密码体系安全性堪忧，比特币离被破解不远矣的论述。毕竟，关于科学理论和技术的环节，大家几乎都看不明白，但是说加密体系受冲击和比特币不行了这样的观点，却一下子可以抓住读者的情绪，偷龙换凤地将两个弱关联的故事瞬间变成了强关联。
什么是量子计算机？–让这个球滚下来吧
在当前和未来一段时期，量子计算研究的核心任务是在量子纠错的辅助下实现量子比特的规模化相干操纵，同时探索解决经典计算机无法胜任的若干重要科学问题。–潘建伟
这句话是潘院士，在本书的中文序里写的原话，其中有几个关键字，会让人迷离，那就是“量子纠错”，“量子比特”，“相干操纵”。院士的话精炼而充满智慧，可要解读那便不容易了。
看完这本书，我觉得有必要讲述几个故事来介绍量子计算机了。很久以来，计算机和计算器，甚至和算盘都是划等号的。然而，从图灵提出了图灵机之后，冯·诺依曼设计了第一台计算机之后，计算机和计算器彻底的分道扬镳。接下来的故事，大家都很清楚，肖克利以及仙童八叛徒开启了集成电路新时代。
在仙童八叛徒准备发明集成电路，改造世界的时候，另外一位伟大的科学家，费曼，提出了关于量子计算机的构想，从这个意义上来说，量子计算机的鼻祖是费曼。费曼在高中学物理的时候，老师说一个球从山上滚下来，其实有无限种可能得路径，实际上只有一条轨迹，牛顿的解释是每一瞬间作用在球上的合力，决定了球每个时刻的路径，这也就是微积分的意义。费曼的老师用了另外一种解释方法，那就是你可以想象出所有可能得路径，但是不管什么原因，球总是能事先“发现”可以选择的那条作用量最小的最优化路径。
别小看这个球，费曼此后用这个方式重新在量子世界实现了一遍。根据这种观点，费曼说亚原子粒子能够“发现”所有可能的路径。在每条路径上，他都加上一个与作用量和普朗克常数有关的因子，然后总结或者综合所有可能路径。这种方法现在被称为“路径积分”，因为要将目标对象可能采用的所有路径相加，这个方法竟然神奇地统一了量子力学。让这个球滚下来吧，这就是量子计算机的原理。按照要求，构建一座高山，把球放在合适的位置，松手之后，看球的轨迹，这就是计算的全部过程了。
这座高山和这个球，就代表了被抽象出来的数学问题，以及能够保证量子相干（也就是量子纠缠态）的环境，因为技术的问题，难以保证这个高山的稳定，于是做了很多纠错的机制，在球滚落高山后，不断地计算轨迹，因为怕错，还得不断验证数据的对错，最后解析出答案。
这个过程已经被证明是正确的了，但是高山、球和轨迹应该采取什么样的技术去实现，就是现在的量子计算机面临的挑战了。这个数学问题，用的确实是大质数的分解问题，经过肖尔提出的算法。现在的计算机解决这个基于傅里叶变换的算法，只能是一个个地算，或者多个（有限地）地算，量子计算机可以同时用更多的地状态来算。
什么是生活中的量子现象？
故事讲完了，其实发现量子计算机其实也不是一个鬼魅的魔法师，只是借助自然的力量，完成人类的一些计算。从电力转成了量子力。一开始，我依然觉得这个所谓的量子现象，是遥不可及的。毕竟为了最大限度地减少来自外界的各种干扰，科学家尝试使用一些特殊设备将温度降至接近绝对零度，从而使不必要的干扰降到最低。但要让温度接近绝对零度，就需要使用一些昂贵稀缺的泵和管道等。
直到加来道雄说，大自然是在室温下顺利地使用量子力学的。比如，光合作用作为地球上最重要的过程之一，就是一个犹如奇迹般的量子过程，但它就发生在常温下，类似的还有细菌的固氮反应等。如果能明白光合作用的最后一个环节，能量是怎么被植物固化下来的，那么所谓的能源问题就不是问题了。同理，食物供给也不是什么大问题了。
结语
量子效应，无处不在，而很多时候真的被我们忽视了。
量子计算机确实很有用，然而重点绝对不在所谓的密码学或比特币，这是人类探索世界的另一种范式的研究。