幾秒就能完成傳統電腦一萬年的運算!量子電腦正在發展,「Q日」將顛覆現有資安系統

2024-06-30 09:10
量子電腦幾秒就能完成傳統電腦一萬年的運算(美聯社)
量子電腦幾秒就能完成傳統電腦一萬年的運算(美聯社)

2019年,Google宣布它已達到「量子霸權」(quantum supremacy,注:指量子電腦能力成熟到可以輕易破解目前全球主流加密技術)。Google研究人員運用亞原子界的特殊性質,建造了一台量子電腦;這台機器的溫度比外太空最冷處的溫度還低。它利用對量子力學的理解,幾秒內就能完成傳統電腦需花一萬年才能完成的運算。它只有53個「量子位元」(qubit,量子計算的核心單位),相較之下,要在一台傳統電腦上儲存相同的資訊需要720億GB的記憶體。這項成就代表量子電腦進化的重要時刻,其理論基礎可溯及1980年代,但在短短40年間,已經從假設發展出可運作的原型。

量子運算仍處於早期階段,一旦完全發展,將會帶來極大的影響。量子運算主要的吸引力在於,每增加一個量子位元,機器的總運算力就會多一倍。隨著更多量子位元加入,量子電腦的運算力會呈指數級成長。事實上,即使把整個宇宙都轉換成一台傳統電腦,量子電腦用少量的粒子,就可產生較強的運算力。這種運算界的技術飛躍,就像從黑白平面照片轉變成彩色立體影片一樣,開啟了一個充滿演算可能性的世界。

量子運算有深遠的影響,例如它可能會突然危及加密技術(從電子郵件的安全性到加密貨幣都有賴加密技術的保護),業內人士稱之為「Q日」(Q-day)。密碼學假設,攻擊者永遠不會有足夠的運算力來嘗試所有不同的組合,以破解密碼並取得存取權限。然而,量子運算改變了這點。快速又毫無限制地推出量子運算,可能會對銀行或政府通訊產生災難性的影響。各國銀行與政府都已經斥資數十億美元來防範這種可能性。

雖然量子運算的諸多討論把焦點放在相關危險上,但該領域也可望帶來極大的好處,包括探索數學與粒子物理最先進知識的能力。微軟與福特的研究人員使用新興的量子方法來模擬西雅圖的交通,以便找到在交通顛峰時間上路的最好方法,把車流導向最佳路線——這是出奇棘手的數學問題。理論上,量子運算可以大幅加速解決任何優化問題。無論是以最有效率的方式裝載卡車,還是管理一國的經濟,幾乎任何在複雜情況下盡可能壓低成本的問題,都可以靠量子運算來加速解決。

量子運算最重要的近期前景,是以過去不可能做到的細節,來模擬化學反應及分子的相互作用。這可以讓我們以極其細膩的方式來了解人腦或材料科學。有史以來第一次,化學與生物學可以用極其清晰的方式解析。開發新的醫藥化合物或工業化學品與材料一直以來都是一種昂貴、辛苦又棘手的實驗室研究過程。量子運算可以大幅加快這個過程,一次到位。新電池與新藥物的開發將變得更可行、更有效率、更容易實現。分子變成「可設計的」,就像程式碼一樣靈活、可操作。 (相關報導: 科技熱議》未來十年的財富,押注在這?輝達創辦人秘密打造「量子谷」,但為何選離矽谷很遠的地方? 更多文章

換句話說,量子運算這個仍處於非常早期開發階段的基礎技術,距離達到降低成本及廣泛擴散的關鍵時刻還很遠,更遑論達到完全可行的技術突破。但就像AI與合成生物學一樣,儘管量子運算仍處於早期階段,投入的資金與知識都在激增。基本挑戰方面的進展正在增加,一系列有價值的運用持續出現。就像AI與生物技術一樣,量子運算有助於加快浪潮中其他元素的進步。不過,即使是令人費解的量子世界,都還不算是發展的極限。

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