我們度過了

2000年的千禧日

2012年的瑪雅末日

但是還有一個

Q-day

那一天，人類所有密碼都將失效

你的銀行賬號和存款都不再安全

金融系統(tǒng)將崩潰

因為那時，量子計算機已經(jīng)強大到

能在幾秒鐘內(nèi)破解最嚴密的加密系統(tǒng)

這究竟是怎么一回事？

為什么量子計算機能這么強大？

要知道答案，你要先了解經(jīng)典計算機的運作原理

電腦計算的基本單位是比特（bit）

它可以處于兩種二進制狀態(tài)之一：

關(guān) 或 開

0 或 1

并以此表達信息并計算

8個比特的序列被稱為“字節(jié)（byte）”

它可以存儲的數(shù)據(jù)更多

一個單獨的比特包含2個值

1字節(jié)=8比特

2^8

一個完整的字節(jié)就有256種不同的組合

它們可以分別對應

所有的英文字母、數(shù)字和鍵盤符號

也就是 ASCII 編碼

不過，現(xiàn)在更常用的是 unicode 編碼

它用4個字節(jié)進行編碼——

有超過100萬可用組合

足以涵蓋從表情符號到泰米爾字符和許多其他基于字符的語言

當然，不只是編碼

我們也可以用比特來解決實際的問題

請你想象一個迷宮

我們的目標是用最短的路徑到達?中心

把沿途的每個交叉點都變成一個比特

進行二進制決策

其中 0 或 1 表示相反的轉(zhuǎn)彎

這樣

我們可以把每一種比特的組合

看作是穿越迷宮的一組方向

通過嘗試每一種轉(zhuǎn)彎的組合

就可以找到穿越迷宮的最短路徑

雖然一次只能檢查一個（8個比特有256種組合）

但上面的迷宮對現(xiàn)代計算機并不算難

如果我們的迷宮要大得多

每個新的轉(zhuǎn)彎都會使組合的數(shù)量翻倍

難度呈幾何式上升

經(jīng)典計算機只能面露難色

這時候，就該量子計算機出場啦！

在量子計算機中，我們的比特被替換為量子比特，或者叫做量子位

它們處于量子疊加態(tài)

即，在被測量之前同時是

“關(guān)” 和 “開”

當每個量子位處于這種狀態(tài)時

可以同時沿著迷宮中的每條路徑走

一旦量子位被測量，我們就會得到一條路徑

其正確率和隨機選擇路徑是相同的

不過“量子算法”可以解決這個問題

例如，格羅佛算法可以利用黑盒函數(shù)來檢查路徑

增加正確答案的概率幅，同時減少錯誤答案的概率幅

再換一個例子

想象一下，你有兩桶油漆

一桶是?紅色的，另一桶是?藍色的

均勻混合二者

會產(chǎn)生什么色調(diào)的?紫色

并不難算出來

但是，從?紫色開始

反推?紅色和?藍色的確切色調(diào)

就要困難得多

這種問題就是所謂的“陷門函數(shù)”——

在一個方向上很容易算

但反過來就很難

例如

用兩個大質(zhì)數(shù)相乘得到半素數(shù)很容易

但從半素數(shù)反推兩個質(zhì)數(shù)就非常困難

這就是，RSA加密算法的原理

1991年，曾有人提出懸賞

獎勵那些能分解超大半素數(shù)的人

↓ 其中最小的一個看起來是這樣的 ↓

因為它有100個十進制數(shù)字，被稱為RSA-100

雖然它在幾天內(nèi)被分解

但直到現(xiàn)在

懸賞中仍有一半以上的數(shù)字未被解決

就像我們的迷宮一樣

問題隨著轉(zhuǎn)彎次數(shù)增加而變難

面對RSA-2048

經(jīng)典計算機需要300萬億年才能破解

而4099個穩(wěn)定量子比特的量子計算機

只需要10秒

但實際上，今天的量子計算機做不到這一點

其最大的原因是

量子位無法保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)

足夠長的時間

任何與周圍環(huán)境的交互

——微小的熱量、電子信號、磁場甚至宇宙射線——

都會影響量子位的狀態(tài)

導致量子相干性的喪失，被稱為退相干

目前，量子計算機能夠保持在量子態(tài)的時間

——通常以微秒為單位——

可能不足以運行一個量子算法

也就沒有時間得出結(jié)果

這同樣也解釋了

為什么

油桶那么大的量子計算機

只能容納幾百個量子位

就是因為

機器的絕大部分都用于盡可能地隔絕環(huán)境影響

以便盡可能地保持量子態(tài)并最小化錯誤

處理器本身只是其中的一小部分

的確，現(xiàn)在的量子計算機又笨又大

Q-day，似乎遙不可及

但事情總有意外

目前，中國科學家提出了一種新方法

能讓經(jīng)典計算機和量子計算機協(xié)同工作來解決一個問題

那么

Q-day，離我們

還遠嗎？