麻省理工量子物理博士生解答量子计算的十万个为什么

嘉宾 Charles Li
2019年8月12日 星期一

播客嘉宾：麻省理工学院量子物理博士生 Charles Li

看到这次嘉宾的来头，是不是感觉我们播客再次登上了人生巅峰？

最近 Apple 播客评论区有人说这是一档吴莫愁偷偷摸摸做的自媒体节目。我也就呵呵了，吴莫愁有这么大本事吗？

其实这明明就是一档主播探索世界，探索自我的节目。比如这集探索的是量子计算。

量子计算究竟跟你每天用的电脑有什么区别？厉害在哪里？跟你有没有半毛钱的关系呢？

"量子力学有非常多违背直觉的事情。所以想到量子世界里去研究他们的本质，研究他们的应用。" Charles 博士说。他用严谨的科研态度，一一解答了我们的“十万个为什么式”发问。

立即收听 Charles 博士解析量子计算为什么是矛，量子通信为什么是盾？

我还在本集结尾分享了最近发生在我周围的有趣故事。

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播客中提到的知识点

• 量子信息
• 量子传感器
• 量子态
• 比特
• 量子比特
• 量子通讯
• 并行算法
• Shor 舒尔算法
• 量子霸权
• RSA 非对称加密算法
• 相干时间

如何使用 Messages 信息

播客概要

1. Charles ：MIT 麻省理工学院量子物理在读博士，研究方向是量子信息和量子传感。
2. 主播：量子信息和量子计算是两回事吗？
   Charles ：量子计算是量子信息的一部分。量子信息的应用分为：量子计算，量子通讯，量子传感
3. 主播：怎么会选择量子物理方向？
   Charles ：本科是物理，其中最重要的一门课是量子力学，量子力学有非常多违背直觉的事情。所以想到量子世界里去研究他们的本质，研究他们的应用。
4. 主播：在霍金的《 The Grant Design 》一书中，有提到这么一个理论，屋里有把椅子，你离开后回来它还在，但你怎么知道你离开时它没有消失呢？
   Charles ：这是客观事实道理是否存在的问题，我们的观察对客观事实到底有什么影响。本质上来说这个问题并没有解决。深究的话，还会牵涉到哲学上的问题。
5. 主播：能简单说一下量子计算是什么吗？
   Charles ：我们现在用的电脑手机使用的是经典计算。量子和经典的本质区别是用量子态来表示二进制信息。量子态可以同时处于 0 和 1 的状态，在确定的时间里，我们现在用的经典比特要么是 0 要么是 1 ，所以用量子比特做一个大型的量子计算机，可以做很多经典计算机做不到的东西。
6. 主播：学量子计算需要量子物理基础吗？
   Charles ：研究量子相关方向最重要的根本是量子力学。
7. 主播：所以关键要去了解量子力学的一些公式，它的一些数学方面的东西？
   Charles ：对，这是最基本，最核心的问题。
8. 主播：量子计算电脑和现在的电脑比起来，它的优势在哪里？
   Charles ：最直接的回答是它快。因为量子比特可以同时是 0 和 1 ，那我就可以用它分别进行计算。一个是所谓的量子并行计算：因为我是 0 和 1 的叠加态，我可以同时计算，同时得到 0 和 1 的结果。
9. 主播：量子计算机上用的编程语言和现在的完全不一样吗？还是可以沿用现在的编程语言？
   Charles ：肯定是和现在的 C++ 、Python 是不一样的。现在很多科研工作者在设计一些量子的编程语言，量子的程序，在计算机上模拟量子行为，比如很多个物体一起的量子行为是怎样的。
10. 主播：量子计算会或者需要去普及到现在的经典计算机的程度吗？
    Charles ：个人认为是的。现在的量子计算大部分停留在实验室，只有一小部分逐渐开始商业化。以后会被更多金融、工程等领域运用，但我不认为会完全取代经典计算。量子计算发展的非常快，慢慢跟我们生活越来越相关，所以还是应该去了解、学习它一些基本的东西，知道它是一个什么样的情况。
11. 主播：5G 加上量子计算能力，是不是操控人越来越容易？
    Charles ：这是一个很有趣的连想。5G 虽然已经开始进入我们的生活，但是量子计算距离个人化、商用化、通用类的计算机还有一段路要走，还有一段比较长的距离。
    量子计算机像似一个非常锋利的矛，会破解很多经典的信息安全问题。但同时呢，我们还有一个盾，就是量子通信，可以抵御矛的攻击。
    中科大也在设计这个量子通信的盾来抵御量子计算的攻击。所以以后即使有矛的攻击，但也会有量子通信，量子加密这些盾来抵御这些不安全的因素。
12. 主播：量子计算和区块链结合在一起的话，是不是会更加安全？
    Charles ：按照现在的发展速度，要到 2020 年以后量子计算才有可能对区块链产生威胁。这是最理想的情况。
13. 主播：我们个人电脑上常用的表格、Keynote 、修图那些应用会通过量子计算在性能上有质的提高吗？
    Charles ：目前的量子计算并没有往这样的应用层次去想。
14. 主播：量子计算的云服务一两年里能实现吗？
    Charles ：据我所知，IBM 和清华大学都有在网上可以访问的量子计算的小型计算机。你可以去注册账号，远程去用他们的量子计算机做些事情，这给量子计算的学者带来很多方便。
15. 主播：IBM 和清华大学的服务，人人都可以去注册吗？
    Charles ：是有权限的，你得知道你要干嘛，知道你要用他们的东西去做什么算法。还需要排队，因为想用的人很多。
16. 主播：能给我们举几个例子量子计算可能运用在哪些领域吗？
    Charles ：第一个领域是安全性问题，我们现在常用的加密手段在量子计算机面前会变得不堪一击。
    还有化学方面，模拟分子的行为是经典计算机一般做不到的，因为分子非常大，它是由很多原子构成的。模拟了可以来设计药物，因为药物是分子组成的，研究分子的性质。
    还有比如用量子计算来解决优化问题，交通优化等等。
17. 主播：量子霸权是什么？
    Charles ：在某一个特定问题上，量子计算实现对经典计算的超越。这是谷歌提出的一个概念。
18. 主播：最早的电脑是很巨型的，要占满整个屋子，量子计算机现在也是很大型的，还是和我们一般的台式电脑差不多？
    Charles ：也是蛮大的。有人用超导比特做量子计算，他们就需要把这些比特放在制冷机里，稀释制冷机里，温度接近绝对零度。需要一个很大的装置。
19. 主播：量子计算机用的芯片也和经典计算机用的完全不一样吗？
    Charles ：经典计算机一般用硅或者半导体去做计算。量子取决于你用什么样的平台，有的需要用硅，有的需要用光学的办法。所以直观上看起来的话，跟现在的芯片区别很大。
20. 主播：量子计算现在最大的挑战是什么？
    Charles ：挑战是多方面的，硬件上是如何去设计一个物理系统实现量子计算，一个是集成化问题。
    工程上也有很多挑战，还有如何消除噪音的问题。
    还有是软件上和理论层面，比如量子计算在哪些问题上对经典计算实现超越。
21. 主播：博士毕业后，有打算朝哪个方向发展吗？
    Charles ：还没定，希望有更多的了解后，再决定。
22. 主播：听众听完后，就记住一点的话，你希望他们记住哪一点？
    Charles ：量子计算在未来会引起一个革命性的发展，会对人类社会产生一个革命性的变革。
23. 主播：如果你有孩子，你会从小培养他们哪些知识或技能？
    Charles ：从小建立一个科学的观点很重要，基本的科学素养，培养思考问题的方式。找到问题的本质，这样的思路是非常重要的。
24. 主播：你如何保持持续学习，自我提升？
    Charles ：网上订阅些期刊或文章，一些很学术前沿的东西，即使不懂，但对你的学习和思考有很大的帮助。
25. 主播：做科研很枯燥吗？
    Charles ：科研非常需要一些正反馈的过程。

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