习大大决定搞量子科技了，量子科技到底是个啥，为什么爱因斯坦都栽了跟头

Oct 25, 2020

习大大决定搞量子科技了，量子科技到底是个啥，为什么爱因斯坦都栽了跟头

这周本来是要继续讲我的历史这个小姑娘系列的，那哪知道习大大亲自出面谈量子科技了，那这种时候不蹭下热度，实在是说不过去。所以我干脆再开一个新系列，就叫说的是个啥小姑娘系列主要讲讲历史。那是个啥系列呢？就专门讲一讲平时的一些特别玄乎高大上的热词，我会尽量用简单的表达方式，把一些媒体懒得深究的事情讲清楚。

那首先友情提示一下，如果你是个非常坚定的无神论者，那么这个视频可能会对你有一定的冲击。我原本是绝对的无神论者，那曾经硬是把来我们家传教的传教士给变到跳脚。但是当我真的开始了解量子力学之后，我依然还是个无神论者。只是不相信各个宗教描述的那些神，但我开始相信这个宇宙里有极为伟大的存在。

量子一词来自于拉丁语的quantum代表的是相当数量的某物质。在物理学中常用到的量子的概念指的是物质的最小单元。那任何物质都有它的最小单元，所以我们每天都在接触无数的量子。那包括我们自己也是由无数的量子组成的。但是量子又是个让人很难理解的东西，那因为它和我们的经典物理学是相悖的。

那举个简单的例子，原子是由带负电荷的电子和带正电荷的原子核组成。那正负电荷是相吸的，也就是说电子和原子核之间存在一个相吸的库仑力。那在正常的原子里，电子会像行星绕着太阳一样一直绕着原子核转。那按照经典物理学，电子会不断的在它的运转过程中被加速，同时通过放射电磁波丧失能量，那理论上来说它会很快的坠入原子核。那可惜实际情况完全不是这样，这其实就是一个很简单的量子物理学现象。那简单的说，就是当物质到了微观的程度时，就会产生许多无法用人类早先总结出来的经验去解释的状况发生。那早在一百多年前，当时世界上一堆最顶尖的科学家就开始死磕微观世界里的小东西，包括爱因斯坦、波尔、薛定谔的一堆大神，形成了现代量子物理学的雏形。

量子物理或者叫量子力学属于基础学科，而尤其衍生出来的量子科技则是对量子力学的应用。如果要想把量子力学讲明白，那首先需要先读个博士，那再钻研个50年，然后才可能可以把量子力学其中的一个小学科给弄清楚。但是习大说的量子科技就稍微简单点了。毕竟你要弄明白真气的形成性质寒伤只有困难。但是如果只是要搞懂活塞运动，那就简单多了，那就是体积一会大一会小，推着来回动。

量子力学往深了讲，就是了解这个宇宙，但是很明显官员对宇宙长什么样没什么兴趣，他们真正感兴趣的应该只有两点，量子通信和量子计算。量子通信是什么呢？简单的说，就是一种几乎没有延迟的通信方式。原理我一会再讲，那对于已经不再需要用拨号线上网的我们来说，打游戏不卡就叫没有延时。人的大脑反应时间大概是20到50毫秒。有些能上最强大脑的超级天才，可以分辨到5毫秒左右。那再低就不是人要被切片了。人类现在掌握的最快的信息传输速度是3乘以10到8次方米每秒。那也就是光纤里的光速，或者理论上，在真空里电磁波的速度，地球的周长是4万公里。那除以光速就等于130毫秒，也就是信息绕地球一圈的时间。玩游戏的时候，你需要先接收信息，然后再输入信息一来一回就是260毫秒。所以基本上任何大型在线游戏你都得在不同的国家放几组服务器。在东八区，你家里就算是100g的光纤，玩美国服务器的游戏也会卡。如果你觉得不卡，那可能是因为你上了年纪。

所以量子通信一旦能够实现，那很可能互联网赢家通吃的情况会进一步发生。尤其是在游戏业、直播业这些对网速要求极高的行业里，有新的小伙伴可以在这边画个重点，下次量子通信出成果的时候，你仔细看看哪些股票会涨。如果在地球上，量子通信的优势还不明显。那么对于有志于探索外太空的国家来说，这个优势就大了。火星和地球最近的距离约为5500万公里，那最远的时候距离则超过4亿公里。这导致信号要传播到地球的时间动辄几十分钟，想要在地球上的控制中心实现对火星探测器等设备的实时控制，完全没有可能这就导致所有的着陆探索都需要提前设置好程序。那如果准备的不够充分，对于许多突发状况是完全没有处理能力的。所以美国的火星探测车能够安全着陆，那在技术上的确是领先其他所有国家的。这和探测车上月球完全不是一个难度等级。那就像让一个正常人和盲人画，盲人也能画的和正常人一样好，但是需要付出的时间和精力与正常人是不能比的。

如果量子通信能够真正实现了，那么许多美国曾经创造的优势就不是优势了，因为你以前是闭着眼睛画画的，但是现在大家都能看见了。那以前盲画的经验用处就小了很多。量子通信还有个优点就是它的保密性。一句话就是随便黑客怎么搞，这个信息你窃取不了原因，等会再讲。当然这个作用对我来说是缺乏吸引力的。我用的安卓手机怕是连我内裤是什么颜色都知道，我有所谓吗？我是无所谓的。当然这个点对于许多对保密要求高的公司或者部门来说还是非常有用的。

那在量子通信方面，中国属于世界第一梯队。2016年的8月，中国发射了自主研制的世界上首科空间量子科学实验卫星墨子号。2017年全球首条量子保密通信骨干网金库干线项目的通过了总技术验收。具体多厉害我就不知道了。那技术不拿来商用或者打仗之前，是没办法判断它的真正价值的。这是第一个应用。

第二个应用大家应该也听说过量子计算机，那所谓的量子计算机是将某些物质暴露在极寒的环境下，让其在亚原子状态下产生一些不可思议的功能。而这些物质组成的量子计算机拥有远超现在人类所掌握的超级计算机的算力。2019年时，川普的女儿伊万卡宣布美国实现了量子计算霸权，有两件事情要澄清下，第一这件事和川普或者一万卡一毛钱关系也没有。这是人家谷歌做的，而且已经做了很多年了。

第二是翻译的，很容易让人产生误会。英文是quantumsupremacy那supremacy有霸权的意思，但是也有优越的意思。我感觉国内的新闻可能是有点要吸引眼球的意思。实际上谷歌的所谓的量子霸权是说他们证明了量子计算机比现有的超级计算机更优越。而且是正儿八经造了台量子计算机出来。

谷歌的量子计算机有多猛呢？在特定的问题上注意我说的是特定的问题，世界上最强大的超级计算机summit需要1万年才能完成的计算。在这台量子计算机上只需要3分20秒。这就相当于一个人炫耀说我在北京买了一套房。那另外一个人说太阳系是他们家的一样，就是完全不在一个量级上。当然第二天IBM打脸谷歌，说萨米特只需要几天也能算出来。你像我这种吃瓜群众也听不懂原理，但是IBM的话让我更加坚信了一点，就是量子计算机肯定比超级计算机要快。

说到这里，我突然想到了早先的一个视频里我怼百度，那有观众怼我说谷歌也是个卖广告的。没错谷歌是卖广告的，但是这个卖广告的还兼职做了个量子计算机。百度兼职了什么？没送外卖是吧。其实我查了一下，百度也在研究量子计算机，只是我觉得有点玩票的意思，现金都浪费在了什么？糯米外卖啊这些看起来来钱快，但是光烧钱的行业上了。在量子计算机这个赛道上啊，中国和美国就差了一截了。像谷歌、微软、英特尔等科技企业拥有先发优势，而且已经有了一定的成果。那现在中国的阿里巴巴、腾讯、华为等企业也相继出台了量子计算研究计划。索性量子计算离真正的商用还有一定的距离，中国与美国在这方面的差距还不算太大。

介绍完了，应用，咱们再稍微涉及点原理，跟往常一样，这个只够你在酒桌上和别人吹牛，你千万别拿去和专业人士秀。我们先来解释一下量子通信的问题。那为什么量子通信的速度可以超过光速？爱因斯坦的狭义相对论，建立在一个基础上，就是光速不变原理，在任何参照系中观察光的速度都是恒定的。怎么解释？这句话呢？就是如果你以光速朝太阳系外跑，按照经典物理学来说，光就追不上你了。但是在爱因斯坦这里，无论你跑得有多快，那光相对于你依然是3乘以10的8次方米每秒。那假设这个时候有第二个人同时在观察你和光，那么理论上来说他不是应该看到光比你快吗？那爱因斯坦说快不快？我不知道，但是第二个人看到的光依然是3乘以10的8次方米每秒。呵，牛顿的棺材板都快压不住了。

别问我为什么你去问爱因斯坦，反正你就记住一点，在宇宙里没有任何速度可以突破光速。那闪电侠什么的，就是没读过书，但是量子通信怎么就比光速快了呢？这里就要谈到量子纠缠。在量子力学里，当几个粒子在彼此相互作用后，这些粒子所拥有的特性就会综合成一个整体。那说白点，就是一个粒子在这边动，另外一个粒子不管它在哪里，那也会跟着有相应的动作，而且是同时动作，所以说量子通信的保密性就很高了。太敏感随便一碰另外一边马上就有反应。那既然是同时动，那么这个信息交换速度直接就超过光速了。

那这回没有影响到爱因斯坦的棺材板。因为量子纠缠被发现时，爱因斯坦还活跃在物理界，量子之间的这种纠缠现象呢，直接就是啪啪打脸。爱因斯坦说我的相对论肯定没有错，那一定是量子物理由哪里不完备。并且趁量子纠缠为鬼魅般的超级作用，你把一个科学家逼的谈鬼魅了这种感觉大概就是林志玲被逼的说脏话了。

最终在1972年，约翰克劳责与史达特弗里曼首先完成检视实验，证明了量子纠缠的信息传播速度超过了光速。但是最近几年的引力波的发现，又继续证明了爱因斯坦的广义相对论的部分猜想。那谁也不敢说相对论是错的，神仙打架，我们凡人也看不懂。以前总听说这个世界上没有两片树叶是相同的。下了这么多年雪，也没有拿两片雪花的形状是一样的。直到了解了量子力学，你才会产生一丝怀疑，这个世界上或者这个宇宙里，甚至这个宇宙外会不会有些东西是相同的或者相互联系着的？只是我们无法看到或者无法体会。比如你画了一幅画，在这幅画里的世界中的人类，那会不会得出一个世界是没有厚度的结论？正常来讲应该不会，因为他们就没有厚度的概念，也许有极少数的天才能够发现这个不寻常，但是他们未必能够准确的描述你。再比如说，你把这幅画扫描一遍，然后同时在两台电脑上打开，他们还是一幅画吗？这两台电脑上的画之间距离是多少？只要你能准确的推导出来，我感觉你就是明年的诺贝尔奖的得主了。这也是为什么数学家瞧不起各种学家的原因。

物理学家你搞了那么半天玩到最后，都是推导出一个公式，然后发现宇宙是在这套早就设计好的公式下面精密的运行着。那在计算机里呢这一套套的公式呢我们就叫逻辑，量子计算机呢也是要靠逻辑去运算的。那为什么量子计算机能够比超级计算机快这么多呢？我们先讲容易理解的，传统的超级计算机不管有多么超级，那基本单元依然是比特。那比特有两种状态，0或者一量子计算机的基本单元就是量子比特了，它的状态就比较有意思了，非常混沌，可能是0或者可能是一简单的说就是传统比特只能存一个状态，那量子比特能存两个状态。那假设我们有10个比特单元，传统比特一次的计算只能处理一个数，因为1乘以1乘等于1。而量子计算机呢就可以同时处理2乘2啊等于2的10次方个数啊，这个差距就上亿了。啊这么说可能还不是太形象。那我们再换个说法，正常人只有一个脑子。那我们看书一般都是一页一页的翻，聪明的翻的快些，笨的翻的慢些，但是一旦脑子量子化了，我们就可以每一页都同时看。

但是你要是稍微懂点量子力学，你就会知道。这还真他妈有那么点道理。人家真的是根据量子力学的原理去看书的，你但是再仔细想想还是傻逼要我搞这个培训的话，还必须根据书的页数在学员周围放相应数量的镜子，你首先得把人纠缠化。是不是没文化真可怕。可能有人会接着问，凭什么量子计算机里的单元就能算两个数呢？那我们就得谈的再稍微深一些了。

波尔是量子理论的奠基人。那早在一百多年前，他提出了量子理论的三大基本准则，叠加态原理、测步者原理、观察者原理。跟我一句话解释，叠加态就是说你暗恋的女生他可能喜欢，你也可能不喜欢你。测不准原理就是说你如果问他你喜不喜欢我，他很可能不告诉你他真正的想法。

观察者原理就是说如果你刚刚问了他你喜不喜欢我，那他很可能就会从不知道到底喜不喜欢你这个状态退出，选择喜欢你或者不喜欢你。这话一说爱因斯坦就不爱听了什么叫可能喜欢我可能不喜欢我我的世界不存在概率。那所以爱因斯坦和布尔的理论之争也就是这么来的。那因为这个爱因斯坦放下了一句名言，我不相信上帝用投资来决定宇宙，你要是前面没听懂我说什么的，观众现在应该懂了吧。你爱因斯坦的话反过来想，就是量子物理的真谛，宇宙是上帝用投资来决定的。我说的这个理论可能还是不太适合大家用来吹牛，所以有请薛定谔的猫出场。

那薛定谔提出了一个思想实验，是指像一只猫灌进装有少量的雷和氢化物的密闭容器里。那雷的衰变是存在几率的，如果雷发生衰变，那就会触发机关，打碎装有氢化物的瓶子，猫就会死。如果雷不发生衰变，猫就存活。那根据量子力学的理论，由于放射性的雷处于衰变和没有衰变的两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态中。那这只既死又活的猫就是所谓的削定鹅猫，但是不可能存在即死游活的猫。要想知道结果，就必须打开容器观察，而观察这个动作就把猫的生或者死给固定了。简单的说，就是你不看它，它就处于叠加状态，你看了就产生了后果。那打个比方，就是你现在去看镜子，如果没有任何人在观察这个镜子，镜子里就是另外一个人，那你观察了就变成了，你那不信一会儿你去试试。那如果睁眼够快，你可能可以观察到点啥明年的诺贝尔奖也妥了。

说了这么多，那和量子计算机有什么关系呢？那量子计算机的计算单元就是处于这种叠加状态，既可以是0，也可以是1可盐可甜。那路子一下子就走宽了。谷歌的那台量子计算机只有53个量子比特。那如果后续人类创造出了100个1000个甚至1亿个量子比特的计算机，要知道在1946年，世界上的第一台计算机只拥有18,000个电子管，而现在一个游戏机里就能有几千万个经济管了。在我有生之年，大概率是可以看到量子计算机发威的。我们来预估一下量子计算机最后能发展到什么程度。

那咱们看科幻片，经常看到所谓的预言，你说量子计算机有没有可能预言未来呢？比如说你现在为什么在看我的视频，那是因为视频网站推荐给了你。为什么视频网站推荐给你呢？因为他知道你喜欢，所以你现在在看视频这件事情是不是已经被视频网站给概率性的预言了呢？视频网站的算力当然不够。

如果换成量子计算机，它把你的生平信息全部收集下来，摆100%的去模拟出一个你，那么它是不是能够完全的推算出你的行为呢？那意外之所以被称之为意外，是没有准备。如果量子计算机已经能够把要和你接触的每一个人，每一次的场景都模拟出来，是不是可以在你父母相遇时就已经推算出了你所有的命运呢？假如量子计算机的算力继续增加，它有没有可能模拟出一个宇宙。那么对于操作这个机器的人来说，这个模拟宇宙里的人类到底算什么？而对于这些人类来说，我们创造的量子计算机又是个什么样的存在呢？所以神到底存不存在呢？那如果存在到底是人创造了神还是神创造了人？那还有一个最重要的问题，你说他会睁开眼睛吗？