[一口一本书]“量子计算机，有望预防和治疗不治之症”

by Seo Miteum

Published 18 Dec.2023 09:00(KST)

编者按有的句子本身就浓缩了整本书的内容，有的句子则能一瞬间触及读者内心，与书建立起连接。本文从书中摘录并介绍此类具有意义的句子。

过去数十年间，“摩尔定律”一直在发挥作用，即计算机性能每18个月提升一倍，但不知不觉间，这一定律已经遭遇极限。计算机性能与装入微芯片的晶体管数量成正比，而如今已经到了难以再腾出更多空间的阶段。这也是量子计算机崭露头角的原因之一。作者将量子计算机作为替代方案提出，并展望了其多种可能性：例如把二氧化碳转化为高附加值物质，在化肥生产中掀起绿色革命，从而解决粮食问题；又比如在阿尔茨海默病和帕金森病等疑难绝症的治疗方法研发上发挥核心作用。

我们将成为见证硅时代终结的活证人，也极有可能成为在现场观看后硅时代（或量子时代）序幕拉开的第一代人。——第21页

束缚量子计算机手脚的问题，从费曼首次提出基本概念之时就已被预见。要让量子计算机正常运转，构成量子比特的原子必须被排布成齐刷刷以同一模式振动的状态（这种状态被称为“相干性 coherence”）。然而原子极其微小且敏感，只要有一丁点外来杂质或扰动介入，原子的排布就会立刻坍塌为相干性丧失 decoherence（失相干）状态，计算也会变得一团糟。这正是量子计算机面临的最大难题。现在，让我们抛出一个价值1万亿美元的问题：我们能否控制量子计算机的相干性丧失？——第24～25页

当两个物体处于相干状态时（以相同的模式振动），无论二者之间的距离多么遥远，都能维持这种状态。如今物理学家把这一现象称为“纠缠 entanglement”。这正是量子计算机的核心原理。彼此纠缠的量子比特即使相距甚远，也能够相互作用，由此展现出强大的计算能力。——第80页

目前为了提升电池性能，人们仍在逐一测试数百种化学物质；但如果有了量子计算机，所有这些实验都可以更快完成。而且由于是在虚拟空间而非真实实验室中进行，成本也会大幅降低。与光合作用或固氮模拟类似，由量子计算机执行的“虚拟化学 virtual chemistry”将大大减少化学实验室中枯燥反复的试错过程。——第184页

如果用传统数字计算机来分析青霉素分子，研究者恐怕要做好把全部研究工作在日后移交给弟子、自己退休的心理准备。实际上要完成这项任务，需要高达10⁸⁶比特的计算机内存。但对量子计算机而言，这种规模不过是日常计算而已。开发新药、在分子层面分析药物作用机理，或许会成为量子计算机的主要工作。——第205页

在与癌症的战争中，利用量子计算机的方法多种多样。比如将其应用于液体活检，在肿瘤形成前数年就及早发现癌细胞；又或者分析每天从安装在全国民众浴室里的传感器传来的生物数据，从中筛查癌细胞，或构建庞大的基因组数据库。

当癌症长到一定规模以上时，还可以利用量子计算机在数百种癌症中精确锁定特定癌细胞，并据此调整免疫系统，使其只攻击该类细胞。若将基因治疗和免疫疗法与CRISPR技术再加上量子计算机相结合，精确剪切或粘贴癌症基因，就有望实现几乎没有副作用的免疫疗法。此外，大多数癌症都与p53等少数几个基因密切相关，因此通过量子计算机辅助的基因治疗，也有可能在早期就将癌症扼杀在萌芽状态。——第237页

量子计算机拥有惊人的运算能力，但并不具备从错误中学习新知识的功能。然而一旦在量子计算机上搭载神经网络，其性能就会在反复计算中不断提升，进而以更快、更高效的方式解决问题。与此类似，人工智能虽然具有从错误中学习的能力，但在解决复杂问题时，运算能力却远远不够。不过，一旦有量子计算机加持，人工智能便能轻松攻克此前束缚其手脚的各类难题。——第242～243页