一項(xiàng)顛覆性的新技術(shù)即將出現(xiàn)！而且，這項(xiàng)技術(shù)有望將計(jì)算能力提升到前所未有的高度。為了能預(yù)測(cè)“量子計(jì)算”的發(fā)展速度，谷歌的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室主任Hartmut Neven提出了一條新的定律，這條定律與已用來(lái)衡量計(jì)算機(jī)發(fā)展超過50年之久的摩爾定律有些類似。

但是，我們可以相信“Neven定律”能夠真實(shí)地代表量子計(jì)算現(xiàn)在的進(jìn)展嗎？最重要的是，它能代表未來(lái)會(huì)發(fā)生什么嗎？還是說(shuō)現(xiàn)在就做出這樣的判斷還為時(shí)過早？

我們知道，經(jīng)典計(jì)算機(jī)會(huì)以電信號(hào)的形式儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，電信號(hào)可以有兩種狀態(tài)——1或0。與之不同的是，量子計(jì)算機(jī)可以使用許多物理系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，比如電子和光子。這些系統(tǒng)可以在多種狀態(tài)下編碼信息，這使得量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度比經(jīng)典計(jì)算機(jī)要快得多。

目前，量子計(jì)算仍處于起步階段，而且迄今為止人們還沒有制造出一臺(tái)能夠超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)。不過，盡管存在一些懷疑，但人們對(duì)現(xiàn)有的快速進(jìn)展普遍感到興奮。因此，了解在未來(lái)幾年量子計(jì)算機(jī)有可能發(fā)生些什么對(duì)我們是很有幫助的。

摩爾定律描述的是，經(jīng)典數(shù)字計(jì)算機(jī)的處理能力幾乎每?jī)赡昃蜁?huì)翻一番，因而創(chuàng)造出呈指數(shù)狀態(tài)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這一定律是以英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾的名字命名的，更準(zhǔn)確地說(shuō)，這條定律描述了硅微芯片上所集成的晶體管數(shù)量的增長(zhǎng)速度。

但是量子計(jì)算機(jī)是以一種非常不同尋常的方式按照量子物理定律設(shè)計(jì)的。所以摩爾定律并不適用，于是Neven定律便有了的用武之地。Neven定律指出，量子計(jì)算能力正在經(jīng)歷“相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算的雙指數(shù)增長(zhǎng)”。

指數(shù)增長(zhǎng)指的是以2的指數(shù)增長(zhǎng)的東西，即21（2）、22（4）、23（8）、2?（16）等等；雙指數(shù)增長(zhǎng)意味著的是以2的指數(shù)的指數(shù)增長(zhǎng)的東西，即22（4）、2?（16）、2?（256）、21?（65536）等等。從這個(gè)角度來(lái)看，如果摩爾定律下的經(jīng)典計(jì)算機(jī)是呈雙指數(shù)增長(zhǎng)、而非單指數(shù)增長(zhǎng)的，那么我們?cè)缭?975年就有了現(xiàn)如今的筆記本電腦和智能手機(jī)了。

Neven希望，這種極快的速度能很快帶來(lái)所謂的量子霸權(quán)：一個(gè)小小的量子處理器將超越最強(qiáng)大的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)，這將是一個(gè)備受期待的里程碑。

這種雙指數(shù)增長(zhǎng)的原因是基于內(nèi)部的觀察。在一個(gè)采訪中，Neven表示谷歌的科學(xué)家在降低量子計(jì)算機(jī)原型上的錯(cuò)誤率方面做得越來(lái)越好，使得他們?cè)诿看蔚卸寄軜?gòu)建更復(fù)雜和更強(qiáng)大的系統(tǒng)。

Neven甚至認(rèn)為這種進(jìn)步本身就是指數(shù)級(jí)的，與摩爾定律很像。但是對(duì)于同等大小的處理器來(lái)說(shuō)，量子處理器天生就比傳統(tǒng)的經(jīng)典處理器要好得多，而且是指數(shù)級(jí)的好得多。因?yàn)榱孔犹幚砥鲿?huì)利用了量子物理中的糾纏效應(yīng)，使得可以同時(shí)完成不同的計(jì)算任務(wù)，從而帶來(lái)指數(shù)級(jí)的速度提升。

所以簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果量子處理器呈指數(shù)速度發(fā)展，而且它們呈指數(shù)的快于經(jīng)典處理器，那么量子系統(tǒng)相對(duì)于經(jīng)典處理器的發(fā)展速度就是雙指數(shù)速度。

雖然這聽起來(lái)令人興奮，但我們也需要謹(jǐn)慎行事。對(duì)于初級(jí)階段來(lái)說(shuō)，Neven的結(jié)論似乎是基于一小撮原型和在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)（一年或更少）測(cè)量的進(jìn)展。因此，只有很少的數(shù)據(jù)點(diǎn)能與外推的增長(zhǎng)模式相符。

還有一個(gè)實(shí)際問題，那就是隨著量子處理器變得越來(lái)越復(fù)雜和強(qiáng)大，現(xiàn)在顯得微不足道的技術(shù)問題或許變得越來(lái)越重要。例如，即使是量子系統(tǒng)中的很小的電子噪聲也能導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤，而隨著處理器復(fù)雜度的增加，這種計(jì)算錯(cuò)誤也會(huì)變得越來(lái)越頻繁。

這個(gè)問題可以通過實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤糾正協(xié)議來(lái)解決，但是這就意味著需要向處理器添加大量的備份硬件，而這會(huì)帶來(lái)冗余。因此，計(jì)算機(jī)將不得不變得更加復(fù)雜，而同時(shí)又無(wú)法獲得太多額外的回報(bào)，甚至毫無(wú)回報(bào)。這類問題可能會(huì)影響Neven的預(yù)測(cè)，但目前還不適合過早下結(jié)論。

盡管摩爾定律只是一種經(jīng)驗(yàn)觀察，并不是自然的基本定律，但它在50多年的時(shí)間里以驚人的準(zhǔn)確信預(yù)言了傳統(tǒng)計(jì)算的進(jìn)步。從某種意義上說(shuō)，這不僅僅是一個(gè)預(yù)測(cè)，因?yàn)樗碳ち诵酒袠I(yè)去采用一致的路線圖、制定有規(guī)律的里程碑、評(píng)估投資規(guī)模和評(píng)估預(yù)期收入。

如果Neven的觀察被證明像摩爾定律一樣具有預(yù)言性和自我實(shí)現(xiàn)能力，那么它也必將能產(chǎn)生遠(yuǎn)超過只是對(duì)量子計(jì)算性能作出預(yù)測(cè)的影響。但是在這個(gè)階段，沒有人知道量子計(jì)算機(jī)是否會(huì)被廣泛商業(yè)化，還是仍然只是一些專業(yè)玩家才能擁有的玩具。但如果Neven定律成立，我們很快就會(huì)找到答案。