量子電腦熱潮帶動的多頭市場

某位主持股票和投資節目的知名電視名人喜歡聲稱：「總會有某個地方是多頭市場。」這代表一定會有辦法找到一個領域是吸引大量投資者興趣的。有鑑於美國股市最近結束自 2008 年以來最糟糕的一年，你可能會認為這句名言已證實有誤。但我要說，最近你可以在一個領域找到多頭市場，那就是量子運算的熱潮。

帶動這股量子運算熱潮的事件，似乎是源自法國的物理學家 Alain Aspect、奧地利的 Anton Zeilinger 以及美國的 John Clauser 在糾纏量子粒子方面的研究，而獲得 2022 年諾貝爾物理學獎。糾纏量子粒子是量子運算的核心。

人們認為，一旦解開謎題，量子電腦就可以在數學領域開闢新疆界，並徹底改變工業化學物質和藥物的開發。但似乎是量子運算較陰暗的那一面激發了專家們的想像：令人擔憂的是，量子電腦能破解目前所用的所有加密協定，進而造成各種破壞。加密金鑰可保護絕大多數的線上通訊，包括金融交易和常用的文字訊息應用程式。特定的量子電腦大概可以在不到一天的時間內破解這些金鑰。一家著名網路安全公司的執行長最近就指出，犯罪分子和其他惡意分子已經開始採取「先儲存再解密」的攻擊方式；現在先竊取資料，再用日後打造的量子電腦進行解密。

美國國土安全部聲稱，這類解密到 2030 年就可能會成功。對於擁有大量加密專有資料的組織來說，這可是一大難題，包括軍事、政府情報單位和金融機構，都可能對量子運算感到緊張。難怪 NIST 成立了一個名為國家網路安全卓越中心的單位。其目標是開發量子電腦無法破解的後量子密碼學。

在我們過度談論七年後才會面臨的量子運算危機之前，應該先瞭解一下這項技術的現況。東京慶應義塾大學有一位研究人員曾說道，量子運算現在處於一個類似於 1980 年代後期傳統運算所經歷的階段。但我認為這樣的說法已經很委婉了。電腦在 1980 年代後期才公開向民眾販售，但如今的量子電腦只存在於實驗室，必須由研究人員團隊操作。如今，量子電腦不僅運算能力小 (最大的是 IBM Osprey，有 433 個量子位元)，又「惡名昭彰」，幾乎在各項任務上都失敗。

看看 Google 正在開發的 Sycamore 量子電腦。目前具有一個 54 量子位元的處理器，且必須放置在六英尺高的液態氮圓柱體中至少一天，其重要的超導元件才能達到足以使用的穩定性。根據報導，Sycamore 已達到一項成就，就是能數到四。此外，Sycamore 處理器據報平均每一千個步驟左右就會出錯一次。

當然，要在量子電腦上執行有用的工作，需要的遠遠超過一千個步驟。量子電腦運行的演算法，主要由矩陣向量乘法組成。為了獲得有意義的結果，程式必須執行數萬次，之後再用訊號處理技術從堆積如山的資料中篩選出結果。

容錯是量子電腦的一大問題，因為當前的量子機器就經常出現這個問題。您可能會想，只要在處理器運行時檢查量子位元的狀態，就可以改善這個情況。問題在於：測量量子位元會導致計算衰退。有意識的觀察者想進行測量只是箇中問題之一而已；與環境的各種互動也同樣會混淆結果。

有些研究人員認為，我們可能會在一年左右的時間內看到第一個完全容錯的量子位元出現。在可預見的未來中，即便出現可容納容錯量子位元的電腦，其體積應該會相當巨大。例如，Google 計畫開發的一部量子電腦，就必須放在一座車庫大小的冷凍庫中。

這些因素讓我想起了我第一位工程主管說的話。他很喜歡談到團隊中年輕工程師表現出的整體樂觀態度，尤其是在遇到第一個重大設計專案時，「你已經遇到問題了，只是你不知道這是問題而已。」

這個觀察結果可能也同樣適用於量子電腦；感覺這電腦還需要更多研究努力，而不像一流加密破解機的前身。或許我們終究會看到量子電腦展現出國土安全部所擔心的那種超級解密能力。但是我的老上司可能會對這個七年的期限嗤之以鼻，就如同他對缺乏經驗的工程師所展現的充沛精力一樣不屑一顧。