10分鐘的量子計算講座

：如果矽谷不投資量子計算，將成為新的「鏽帶」

加來道雄是我比較欣賞的一個物理學家，除了他自己是一個前沿學者，還做了很多科普工作，寫了多本暢銷書《物理學的未來》等。當然，很多權威物理學家，都做科普工作，比如霍金寫了《果核中的宇宙》、諾貝爾獎得主基普·索恩的《星際效應》。

這個加來道雄的影片講座，不到10分鐘的時間，對量子計算的原理和價值做了講解。發這個影片是看到最近半年國外幾個科技公司都在談量子計算，包括微軟、谷歌、IBM、英特爾、英偉達等。

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1、從模擬到數字再到量子：計算技術的三次飛躍

核心觀點：計算技術經歷了模擬計算、數位計算和量子計算三個重要階段，每次躍遷都帶來革命性突破。

講座勾勒了計算技術的進化史。最早可追溯到兩千年前的模擬計算裝置，用於模擬行星運動；隨後在商業需求推動下，出現了巴貝奇的機械計算機。第二次革命是圖靈開創的數位計算時代，基於晶體管的二進位運算。而現在，我們正站在第三次革命的門檻上──量子計算時代。這不僅是技術的簡單迭代，而是計算範式的根本轉變：從模仿自然，到編碼自然，最後到駕馭量子本身。

2、破解量子計算的超級算力之謎

核心觀點：量子電腦通過操控原子級別的量子態，實現了跨越多個平行宇宙的並行計算。

傳統電腦的計算能力受限於二進制的簡單開關狀態，而量子電腦則巧妙地利用了量子力學的核心特性。通過量子比特，它能同時處理物體在各種可能狀態之間的疊加態，相當於在無數個平行宇宙中同時進行運算。這種革命性的突破使得量子電腦在特定領域已經展現出超越傳統電腦的「量子優勢」。從處理幾千個量子比特，到未來的百萬量子比特規模，量子計算正在開啓一個全新的計算時代。

3、與自然競速：量子電腦的退相干之困

核心觀點：退相干問題是量子計算面臨的最大技術挑戰，而大自然卻在常溫下完美解決了這個難題。

量子計算的核心難題在於維持量子相干態。當量子波動失去同步，就會產生噪聲，破壞計算過程。目前的技術方案是將系統溫度降至接近絕對零度，但這種方法複雜且成本高昂。有趣的是，大自然卻在光合作用等生命過程中展現出了在常溫下保持量子相干的驚人能力。這種反差不僅揭示了量子計算的技術瓶頸，也暗示了未來突破的可能方向：向大自然學習，尋找更優雅的解決方案。

4、從分子到宇宙：量子計算革新人類文明

核心觀點：量子計算將在農業、能源、醫療等領域帶來顛覆性變革，有望解決人類面臨的重大挑戰。

量子計算的應用前景令人震撼：在農業領域，有望破解氮肥合成的難題；在能源領域，可能通過精確控制等離子體實現核聚變突破；在醫療領域，將在分子層面解析阿爾茨海默、帕金森等複雜疾病的成因。更令人振奮的是，量子計算有望幫助人類解開宇宙終極奧秘，破解連愛因斯坦都未能完全理解的複雜方程。這些應用不僅展現了量子計算的巨大潛力，更預示著人類文明即將迎來的重大飛躍。

5、密碼江湖的地震：量子計算引發的安全革命

核心觀點：量子電腦將顛覆現有的密碼體系，引發全球情報機構的高度關注。

量子計算對現代密碼學帶來的衝擊堪比核彈之於常規戰爭。幾乎所有基於數字技術的加密方式都將在量子計算面前形同虛設。這一潛在威脅已經引起了FBI、CIA等情報機構的密切關注。這不僅關乎國家安全，更涉及整個數字時代的資訊保護體系。矽谷的數位霸權可能被顛覆，全球科技版圖將重新洗牌。這種變革既是挑戰也是機遇，推動著全球加密技術向後量子時代過渡。

為什麼我們需要量子計算

轉載自「高飛」(發佈於20241204)