相比养生的“量子科技”，祖冲之号有多复杂 | 科技袁人_风闻

导读

　　学习的成效首先取决于学习者，而不是教育者。最基本的问题是“我要不要学”，而不是“有没有好老师”。

　　视频链接：

　　西瓜视频：

　　https://www.ixigua.com/6964645935234155040

　　本视频发布于2021年5月20****日，观看量已达56万

　　精彩呈现：

　　最近，许多人在央视看到了我。一次是在2021年4月13日的《焦点访谈》（http://tv.cctv.com/2021/04/13/VIDEFrsUhIEV6gLd92mhhiYm210413.shtml），主题是《别拿“量子”当幌子》。另一次是在5月9日的《共同关注》，记者就中国的量子计算机新进展“祖冲之号”采访了我（https://www.ixigua.com/6962059204031024420）。下面，我来向大家介绍一下这两次采访的有趣经历。

　　3月31日，有一位记者来加我微信，说有关于量子科普的一些内容想采访我，问我是否方便第二天下午来。我说欢迎，请介绍一下你们的活动，然后她把采访提纲发来了。我这才发现他们的节目原来是《焦点访谈》。

　　再一看采访提纲的内容，好家伙，居然有十几个问题之多。真正惊人的是，他们居然收集了这么多五花八门的伪量子产品。来看几个问题与配图，大家感受一下。

　　“有商家声称有一种量子能量舱，当中有量子能量发射器，将产品放置其中，可以使产品获得量子能量，真的有量子能量舱存在吗？”

　　量子美颜喷雾

　　量子能量舱

　　有商家在售卖量子美容瓶，声称瓶身采用量子纳米技术，什么叫量子纳米技术？学界有这种说法吗?（是真的有这个概念在张冠李戴，还是营造概念蹭热点？）

　　量子美容瓶

　　有商家称：“量子能量床当中有量子的成分，隔一个手它能穿透皮下12厘米，参与你的细胞代谢循环，因为量子都是现在比较先进的，比方咱们手机，为什么世界上wifi信号都能搜到，都是很快速的，穿透渗透很强，参与你的细胞代谢，你才能达到一个循环，细胞修复的作用。”您怎样看待她的这种说法？量子真的穿透性比较强？可以参与人体的新陈代谢？

　　量子能量床

　　后面还有量子能量液、量子悬浮、人体量子能量舱等等，不一而足，颇有后现代艺术的风范。我不禁要佩服这些伪量子商家的脸皮和想象力，同时也要为央视记者细致的准备工作点赞。

　　于是乎，第二天下午，央视的文字记者和摄影记者就上门了。在我的书架前摆好pose，大家畅谈了半个小时。回答记者问题时，我解剖了所有这些胡编乱造的伪量子产品，更重要的是讲了真正的量子科学原理：量子力学是一个物理学基础理论，1900年由德国物理学家普朗克提出，现在正牌的量子科技指的是量子信息，它包括量子通信、量子计算、量子精密测量三个部分，如此等等。

　　量子信息的三个分支

　　很可惜，在4月13日的《焦点访谈》（http://tv.cctv.com/2021/04/13/VIDEFrsUhIEV6gLd92mhhiYm210413.shtml）中，并没有多少时间讲科学原理。这期节目总共14分钟的时间，其中将近一半是介绍各种伪量子产品，记者四处去踩点卧底也是够拼的。然后有几位专家出来揭露骗局，除了我之外还有中国科学院物理研究所研究员范桁老师、北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授刘超老师。每位专家在节目里都只是零敲碎打地这里说一句那里说一句，所以普通人看完以后还是很难知道真正的量子科学是什么。想必范桁老师和刘超老师也对记者做了一番完整的论述，只是没时间放出来。

　　不过有个好消息是：记者把采访我的完整视频给了和我合作制作科技袁人节目的观视频工作室，他们整理以后做了一个11分钟的视频（https://www.ixigua.com/6962057341332095526）。欢迎大家来看，看了你的知识水平就至少超过了90%的人~

　　好，关于《焦点访谈》的故事暂且说到这里。大家可以想想，为什么那些伪量子产品是假的？你能不能一眼看出来？下面，我们来讲《共同关注》的故事。

　　5月9日星期天，一个电话打过来，说是央视记者，想就科大潘建伟院士、朱晓波教授等人研制的量子计算机“祖冲之号”采访我。我说好，然后她说要去有录音设备的房间，5分钟后打来。

　　中国科大成功研制62比特可编程超导量子计算处理器（http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74972.htm）

　　刚好我在前一天看见潘老师团队的科普公众号“墨子沙龙”发了一篇介绍祖冲之号的文章《在可编程量子处理器上“漫步”》，吩咐了我的公众号“风云之声”的编辑第二天来转（《在可编程量子处理器上“漫步” | 墨子沙龙》）。这下可好，赶上现学现卖了。在这5分钟内我赶快仔细读了这篇文章，然后记者的电话就来了。

　　我跟她侃侃而谈了几分钟，从她的反应看来，她基本上听明白了。这段时间因为“九章”的关系，我讲过好几次量子计算机，对这个艰深的话题如何讲得让普通人有所收获，稍微有了一些经验。

　　九章光量子干涉实物图（https://mp.weixin.qq.com/s/wBulxqmifpl2YPtHuRPOWQ）

　　左下方为输入光学部分，右下方为锁相光路，上方共输出100个光学模式，分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。

　　摄影：马潇汉，梁竞，邓宇皓

　　刚放下电话，又有一位记者来加我微信。她头一句说“袁老师您好，不好意思周末打扰您”，第二句说“我是环球时报英文版记者”某某某。在她说第三句之前，我就问她：“记者您好，您是想问量子随机行走计算机吗？”记者显然没料到我的反应，继续把问题的背景和他们的需求提了出来，果然是这个。然后我告诉她：“CCTV的记者刚刚电话采访了我，您来直接联系她要我的电话录音吧。”然后我给她们组了个群，央视记者也十分友善地把电话录音转给了环球时报英文版记者。

　　祖冲之号在《Science》的论文（https://science.sciencemag.org/content/early/2021/05/05/science.abg7812）

　　然后，我终于可以去休息了。睡一觉起来后，惊讶地发现CCTV《共同关注》已经播出了对我的电话采访，这效率真是杠杠的。可惜只放了两分钟（https://www.ixigua.com/6962059204031024420），观众不能获得深入的了解。

　　于是我写了一篇短文（《袁岚峰在央视新闻解读超导量子随机行走计算机“祖冲之号” | 科技袁人》），下面向大家介绍一下。

　　量子计算的基本图景是这样：现在所有的计算机都等价于“图灵机”（Turing machine），所以它们可计算的问题是一样的，它们可有效计算的问题也是一样的。

　　图灵机构造图

　　可计算的意思是，能在有限时间内得到解，无论这个时间有多长。可有效计算或者可快速计算的意思是，计算量随问题规模的增长速度是多项式增长，而不是指数增长。例如因数分解用现有的计算机，就不可快速计算。

　　指数增长远远快于多项式增长

　　而量子计算机却有可能快速计算更多的问题，虽然它可计算的问题跟传统计算机还是一样的（《量子计算机有多神？它能解决哪些历史无解的难题？| 袁岚峰》）。例如因数分解，量子计算机就可以快速计算。量子计算机有这种能力，是因为量子力学有一些超越经典力学的特性，如两条路径之间的干涉。因此，在密码破解、交通规划、制药、材料设计等很多方面，量子计算机有希望带来巨大的突破。

　　量子计算机的优势好比“影分身之术”

　　然后，量子计算机有若干条技术路线正在探索，如超导、光学、离子阱、冷原子、金刚石色心、核磁共振等等。它们实现的都是相同的原理，但不同的技术路线各有特色和优势。祖冲之号跟2019年谷歌的“悬铃木”（Sycamore）一样，用的是超导电路。而2020年12月刷屏的“九章”，用的是光学。

　　谷歌的量子计算机“悬铃木”

　　然后，祖冲之号用的物理操作是二维的量子随机行走。所谓随机行走就好比醉汉走路，每一步都走一个完全随机的方向，跟以前的历史无关。为什么要用这个呢？

　　布朗运动就是随机行走

　　因为2009年和2013年，量子计算理论家安德鲁·蔡尔兹（Andrew Childs）等人证明了，利用连续时间量子行走可以实现通用量子计算（《在可编程量子处理器上“漫步” | 墨子沙龙》）。还有，基于随机行走的量子算法要超越传统算法，至少需要二维，也就是说需要在一个平面上走，而不是在一条线上走。所以潘建伟、朱晓波等人做了这个二维的量子随机行走。

　　利用连续时间量子行走可以实现通用量子计算

　　然后，具体而言，祖冲之号实现了62个量子比特。为什么是这么个数字？因为原本是8 × 8的二维格子，应该有64个量子比特，但这64个中坏了两个，所以最后是62个。谷歌的悬铃木也是如此，设计的是54个，但做出来以后发现坏了一个，所以得到53个。

　　二维超导量子比特芯片示意图，每个橘色十字代表一个量子比特

　　上图是祖冲之号的示意图。但我仔细看了以后发现一个问题：每个方向是7个格子而不是8个，这不是7 × 7吗？怎么是8 × 8呢？我去问相关的研究人员，回答是：量子比特是那些交叉的十字，而不是白色的圆圈！这个图实在是太坑人了！一位师妹的评论是：伤害性不大，欺骗性极强。

　　那么，这些白色的圆圈是干什么的？回答是，它们将控制线和读出线引到下层的印刷电路板上，简称“坑”。果然是“坑人”的“坑”！

　　好吧，让我们回来谈祖冲之号的用途。其实它目前还没有任何特别的应用，它的意义是实现了一种通用量子计算的原型机。也就是说，通过这种量子随机行走的方法，原理上什么任务都能做。

　　这跟九章是不同的，九章只能干一件事，叫做“玻色子取样”（boson sampling）。但这一件事就做得特别快，比现有最强的超级计算机快一百万亿倍，这叫做专用量子计算机。而祖冲之号和悬铃木属于通用量子计算机，它们原则上什么都能干，只是不一定干得很快，这需要进一步发展。

　　九章论文附件（https://science.sciencemag.org/content/suppl/2020/12/02/science.abe8770.DC1）图1，整个装置的示意图

　　所以说来说去，祖冲之号的定位是什么呢？它是目前量子比特数最多的超导量子计算机。几个月之前朱晓波就跟我说过，他们正在力争赶上悬铃木的水平，并且做出新的特色，所以我对这个成果毫不意外。以后一段时间，我们可能就会听到祖冲之号在尝试各种具体的任务，一会实现了这个，一会实现了那个。这就是平台的意义。

　　介绍完了这两次上央视的内容，对照起来看，我想大家就会明白，正经的量子科技是什么样，假冒的量子科技是什么样。正经的量子科技包含大量的数学，用的是超导器件或者光学器件这种远离日常生活的精密设备，目标是量子计算、量子通信或者量子精密测量这种非常精细的操作。假冒的量子科技完全没有数学，用的设备“贴近生活”而毫无科学道理，目标说的是医疗保健，其实目标就是你的钱包。

　　对于老百姓来说，记住一条判据就足以使你远离绝大多数骗局：任何自称量子产品而用于医疗保健的，肯定是假的。因为量子科学根本不是干这个的，它不是医学，而是研究物质基本结构的。

　　《焦点访谈》记者问我的最后一个问题，也非常有代表性：为什么出现这种种状况，是因为我们的科普做得不够吗？很多人可能会以为，我会借这个机会大谈一番科普的重要性。

　　但实际正相反，我的回答是：我们有太多的时候把这个责任都归到科普头上，其实不是。我们最重要的首先第一关是教育，对吧？科普是教育的一个补充嘛。如果你这课堂上都没教好，然后你指望科普来给大家补上科学素质，这怎么可能呢？大部分人的问题是他那个教育也没受好，是吧？所以你现在指望科普去告诉他“量子是什么”，他根本就没这个动机嘛。

　　其实我产生这个感触，是因为近年来我发现，有些人把自己或群众不了解某些知识当成了科普工作者的过错，对他们大加攻击。所以我需要严肃地告诉这些人，科普工作者并没有欠你们的。

　　作为教育工作者和科普工作者，我非常清楚一点：学习的成效首先取决于学习者，而不是教育者。最基本的问题是“我要不要学”，而不是“有没有好老师”。如果一个人无心向学，那么再好的教师也不可能把知识塞进他的脑袋里。例如那些相信伪量子产品的人，如果去问任何一个学过物理的人都能听到这是假的，但他们根本没想过去问。

　　我们国家要提升大家的科学素质，这很好。但这需要所有人都付出努力，相向而行，而不是把责任都推给科普工作者，让他们去当万能背锅侠。口头上把科普捧得过高，只是一些人不愿意付出努力、为自己懒惰找的借口而已。

　　我的科普工作，只对那些真心对科学感兴趣的人有意义。你就是对科学感兴趣的人，对吧？