今天來講一下最近一段時間很有熱度的google"量子霸權"新聞，以及量子計算背後的密碼學、數學、物理學原理。我會在儘量不遺漏信息的情況下，講得清楚和易懂。
我看了不少網上關於google"量子霸權"的言論講得特別沒有根據，大家都在引用所謂的圈內名人怎麼看這個問題、會不會影響幣價、會不會破解掉區塊鏈的加密系統，這是非常奇怪的事兒。
為什麼奇怪呢？
第一， 量子計算如果能夠有效實現，改變的是整個世界。在量子計算面前，區塊鏈只是一塊非常小的領域；
第二， 最基本的量子密碼學原理，如果不懂的話，很難獨立思考進行推理和判斷。
下面講一講這個新聞：
下方連結就是google在NASA上面放出來的論文的連結。
https://drive.google.com/file/d/19lv8p1fB47z1pEZVlfDXhop082Lc-kdD/view
論文說到谷歌公司做出的可編程超導處理器創建53量子比特的量子態。
論文中說到，對一個53比特20個cycle的電路採樣一百萬次，在量子計算機上需要200秒，而用目前人類最強的經典的超級計算機同樣情況下則需要一萬年。
什麼意思呢？
簡單理解就是google這邊處理一個任務花了200秒，而超級計算機需要花1萬年。
為什麼會這麼誇張？這個數量級差的不是一點點。
下面我們來講一下，這背後基本的量子計算基本原理。
糾纏態和疊加態？
每個東西都有自己的屬性，比如一頭牛的屬性是體重、顏色、性別。
而同樣的，光量子（或光子）的特徵屬性是偏振、角動量、路徑。
大家不必糾結在一兩個物理學名詞上，等解開整個面紗後，你會發現這些信息叫什麼不是很重要。
兩隻小牛在一起玩兒，為啥呢？因為一公一母，異性相吸。我們不知道他們誰是公誰是母，如果是現實世界，這個A和B的性別是確定的，而量子物理的世界裡，牛的性別是一個疊加態，就是說A既是公又是母，就像薛丁格的貓既是死的又是活的。但是，對牛進行觀測的話，性別又會固定下來。
A和B，我們知道是一公一母，那麼A確定了性別，那麼，B就是另一個性別。他倆性別是相關的。這就是糾纏態。
比如，一個角動量是零的粒子衰變後產生了一個電子和一個正電子。這時候這兩個粒子是糾纏態，一個角動量向上，另一個就要向下。
2018年（去年）7月份中科大教授潘建偉的一篇論文實現了18量子比特糾纏，我們以這個成果為例子，看一下這個量子比特糾纏的成果。
論文連結：https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1801/1801.04043.pdf
感興趣的話，可以google學術搜索下，相關的內容。
在潘建偉教授的實驗中，路徑、角動量、偏振都是兩種狀態。這構成了量子比特。
他用了6個光子，每個光子有3種特徵，這樣的話3x6=18也就是18量子比特。
18個比特互相要糾纏，每個光子的一個特徵比如說是偏振，要和別的光子和自己的剩下的所有特徵糾纏起來。
具體怎麼實現的，簡單講一下。
如圖所示，一束雷射打到一個漢堡包結構的晶體結構中，產生1和2兩個光子，彼此偏振糾纏；到了第二個晶體結構中產生3和4，然後再穿過下一個晶體結構產生5和6。
然後需要想法子，把路徑和角動量兩個屬性也糾纏起來。1和3需要通過一個裝置（名叫PBS，不必知道具體是啥）出現新的路徑，這時候1和3路徑糾纏完成，然後同樣，3和5也用同樣方法路徑糾纏。然後是角動量，也是通過一個特殊的裝置，讓他們的角動量也糾纏起來。
這就完成了18比特的量子糾纏。
六個光子糾纏好了，各自的三個特徵都各有差別，於是出現了18種可能，如上圖所示。表格中的0和1我是隨意寫的。
對於經典計算機來說，一個二極體或者說邏輯門只能表示0和1兩種情況，但是對於量子計算來說，18種情況糾纏在一起，可以同時表達18種可能。
這就實現了並行計算。對於一個量子存儲單元的某個時刻，是可以同時存儲2的N次方個數據的。上,2018年中科大的成果是18量子比特糾纏，N等於18；如果google"量子霸權"的文章能夠實現53比特計算，那麼N就等於53.
如果N等於300的話，2^300這個數字比全宇宙中的原子數還多。傳統計算機是一個一個操作，量子計算機同時對N個狀態進行操作。
比特幣的私鑰目前是296位的二進位信息，如果有一天量子計算機能夠完全實現，比如296個量子比特糾纏成功並且能控制正常運算，那麼，一瞬間就破解了所有的私鑰，對，任何私鑰在這個量子計算機面前都灰飛煙滅。當然，所有的銀行系統加密也就廢掉了。
不過，也不用擔心。原因有如下兩點：
1， 量子計算目前還是處於實驗室階段，別說256個比特糾纏計算，即使是幾十個量子比特量級的量子計算機也暫時是做不到完全自由控制的，可能需要五到十年，甚至更久的時間去發展；
2， 比特幣或者數字貨幣的私鑰未來是可以改進的。目前是2的256次方種可能，未來可以改代碼，比如把私鑰改成256000位二進位的信息，難度直接指數級上來。並不是說沒有解決辦法。
最好的防禦是進攻，應對新型解密方法的解決方法是加強加密，而不是純粹防禦，你不能拿著大刀長矛對抗核武器。量子計算還有很長很長的路要走。
從歷史上來看，從二戰美國投原子彈算起，七八十年了，人類到現在也沒能有效控制核聚變，如果能做到安全有效控制核聚變去發電，現在的化石燃料和工業體系就全部改變了。量子計算也一樣，我們不用擔心自己的私鑰被破解，也不用擔心銀行加密系統被破解。
人類需要擔心的是科技發展不起來，因為摩爾定理已經接近極限，沒辦法18個月提升一倍效能了，計算機技術的發展實際上並不是很快，核工業發展到現在也是卡在瓶頸。總是在說科技大爆炸，那是過去兩百年，並不能完全邏輯上說，未來一百年發展的速度一定會有多快。就像你不能看到一個數字貨幣一年短期漲了一百倍，下一步就是一個月漲一百倍，加速上漲。
現在所有的生活的物理理論基礎其實還是小一百年前奠定的，並沒有什麼新的開山之作，所以能看到量子計算這麼神奇的東西，所有人都應該感覺到欣慰。
量子的加密解密很有可能是一種密碼學的終極狀態，以前支撐密碼學的只是數學，現在加入了物理學，加密和解密的都慢慢會到達一個新的大瓶頸。
就目前階段來說，研究下過去發展出來的非對稱加密算法（RSA之類）已經足夠用，我們該擔心的不是量子計算的真正實現，而是量子計算過了很久還是實現不了。