相比養生的“量子科技”，祖沖之號有多複雜 | 科技袁人_風聞

導讀

　　學習的成效首先取決於學習者，而不是教育者。最基本的問題是“我要不要學”，而不是“有沒有好老師”。

　　視頻鏈接：

　　西瓜視頻：

　　https://www.ixigua.com/6964645935234155040

　　本視頻發佈於2021年5月20****日，觀看量已達56萬

　　精彩呈現：

　　最近，許多人在央視看到了我。一次是在2021年4月13日的《焦點訪談》（http://tv.cctv.com/2021/04/13/VIDEFrsUhIEV6gLd92mhhiYm210413.shtml），主題是《別拿“量子”當幌子》。另一次是在5月9日的《共同關注》，記者就中國的量子計算機新進展“祖沖之號”採訪了我（https://www.ixigua.com/6962059204031024420）。下面，我來向大家介紹一下這兩次採訪的有趣經歷。

　　3月31日，有一位記者來加我微信，説有關於量子科普的一些內容想採訪我，問我是否方便第二天下午來。我説歡迎，請介紹一下你們的活動，然後她把採訪提綱發來了。我這才發現他們的節目原來是《焦點訪談》。

　　再一看採訪提綱的內容，好傢伙，居然有十幾個問題之多。真正驚人的是，他們居然收集了這麼多五花八門的偽量子產品。來看幾個問題與配圖，大家感受一下。

　　“有商家聲稱有一種量子能量艙，當中有量子能量發射器，將產品放置其中，可以使產品獲得量子能量，真的有量子能量艙存在嗎？”

　　量子美顏噴霧

　　量子能量艙

　　有商家在售賣量子美容瓶，聲稱瓶身採用量子納米技術，什麼叫量子納米技術？學界有這種説法嗎?（是真的有這個概念在張冠李戴，還是營造概念蹭熱點？）

　　量子美容瓶

　　有商家稱：“量子能量牀當中有量子的成分，隔一個手它能穿透皮下12釐米，參與你的細胞代謝循環，因為量子都是現在比較先進的，比方咱們手機，為什麼世界上wifi信號都能搜到，都是很快速的，穿透滲透很強，參與你的細胞代謝，你才能達到一個循環，細胞修復的作用。”您怎樣看待她的這種説法？量子真的穿透性比較強？可以參與人體的新陳代謝？

　　量子能量牀

　　後面還有量子能量液、量子懸浮、人體量子能量艙等等，不一而足，頗有後現代藝術的風範。我不禁要佩服這些偽量子商家的臉皮和想象力，同時也要為央視記者細緻的準備工作點贊。

　　於是乎，第二天下午，央視的文字記者和攝影記者就上門了。在我的書架前擺好pose，大家暢談了半個小時。回答記者問題時，我解剖了所有這些胡編亂造的偽量子產品，更重要的是講了真正的量子科學原理：量子力學是一個物理學基礎理論，1900年由德國物理學家普朗克提出，現在正牌的量子科技指的是量子信息，它包括量子通信、量子計算、量子精密測量三個部分，如此等等。

　　量子信息的三個分支

　　很可惜，在4月13日的《焦點訪談》（http://tv.cctv.com/2021/04/13/VIDEFrsUhIEV6gLd92mhhiYm210413.shtml）中，並沒有多少時間講科學原理。這期節目總共14分鐘的時間，其中將近一半是介紹各種偽量子產品，記者四處去踩點卧底也是夠拼的。然後有幾位專家出來揭露騙局，除了我之外還有中國科學院物理研究所研究員範桁老師、北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室教授劉超老師。每位專家在節目裏都只是零敲碎打地這裏説一句那裏説一句，所以普通人看完以後還是很難知道真正的量子科學是什麼。想必範桁老師和劉超老師也對記者做了一番完整的論述，只是沒時間放出來。

　　不過有個好消息是：記者把採訪我的完整視頻給了和我合作製作科技袁人節目的觀視頻工作室，他們整理以後做了一個11分鐘的視頻（https://www.ixigua.com/6962057341332095526）。歡迎大家來看，看了你的知識水平就至少超過了90%的人~

　　好，關於《焦點訪談》的故事暫且説到這裏。大家可以想想，為什麼那些偽量子產品是假的？你能不能一眼看出來？下面，我們來講《共同關注》的故事。

　　5月9日星期天，一個電話打過來，説是央視記者，想就科大潘建偉院士、朱曉波教授等人研製的量子計算機“祖沖之號”採訪我。我説好，然後她説要去有錄音設備的房間，5分鐘後打來。

　　中國科大成功研製62比特可編程超導量子計算處理器（http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74972.htm）

　　剛好我在前一天看見潘老師團隊的科普公眾號“墨子沙龍”發了一篇介紹祖沖之號的文章《在可編程量子處理器上“漫步”》，吩咐了我的公眾號“風雲之聲”的編輯第二天來轉（《在可編程量子處理器上“漫步” | 墨子沙龍》）。這下可好，趕上現學現賣了。在這5分鐘內我趕快仔細讀了這篇文章，然後記者的電話就來了。

　　我跟她侃侃而談了幾分鐘，從她的反應看來，她基本上聽明白了。這段時間因為“九章”的關係，我講過好幾次量子計算機，對這個艱深的話題如何講得讓普通人有所收穫，稍微有了一些經驗。

　　九章光量子干涉實物圖（https://mp.weixin.qq.com/s/wBulxqmifpl2YPtHuRPOWQ）

　　左下方為輸入光學部分，右下方為鎖相光路，上方共輸出100個光學模式，分別通過低損耗單模光纖與100超導單光子探測器連接。

　　攝影：馬瀟漢，梁競，鄧宇皓

　　剛放下電話，又有一位記者來加我微信。她頭一句説“袁老師您好，不好意思週末打擾您”，第二句説“我是環球時報英文版記者”某某某。在她説第三句之前，我就問她：“記者您好，您是想問量子隨機行走計算機嗎？”記者顯然沒料到我的反應，繼續把問題的背景和他們的需求提了出來，果然是這個。然後我告訴她：“CCTV的記者剛剛電話採訪了我，您來直接聯繫她要我的電話錄音吧。”然後我給她們組了個羣，央視記者也十分友善地把電話錄音轉給了環球時報英文版記者。

　　祖沖之號在《Science》的論文（https://science.sciencemag.org/content/early/2021/05/05/science.abg7812）

　　然後，我終於可以去休息了。睡一覺起來後，驚訝地發現CCTV《共同關注》已經播出了對我的電話採訪，這效率真是槓槓的。可惜只放了兩分鐘（https://www.ixigua.com/6962059204031024420），觀眾不能獲得深入的瞭解。

　　於是我寫了一篇短文（《袁嵐峯在央視新聞解讀超導量子隨機行走計算機“祖沖之號” | 科技袁人》），下面向大家介紹一下。

　　量子計算的基本圖景是這樣：現在所有的計算機都等價於“圖靈機”（Turing machine），所以它們可計算的問題是一樣的，它們可有效計算的問題也是一樣的。

　　圖靈機構造圖

　　可計算的意思是，能在有限時間內得到解，無論這個時間有多長。可有效計算或者可快速計算的意思是，計算量隨問題規模的增長速度是多項式增長，而不是指數增長。例如因數分解用現有的計算機，就不可快速計算。

　　指數增長遠遠快於多項式增長

　　而量子計算機卻有可能快速計算更多的問題，雖然它可計算的問題跟傳統計算機還是一樣的（《量子計算機有多神？它能解決哪些歷史無解的難題？| 袁嵐峯》）。例如因數分解，量子計算機就可以快速計算。量子計算機有這種能力，是因為量子力學有一些超越經典力學的特性，如兩條路徑之間的干涉。因此，在密碼破解、交通規劃、製藥、材料設計等很多方面，量子計算機有希望帶來巨大的突破。

　　量子計算機的優勢好比“影分身之術”

　　然後，量子計算機有若干條技術路線正在探索，如超導、光學、離子阱、冷原子、金剛石色心、核磁共振等等。它們實現的都是相同的原理，但不同的技術路線各有特色和優勢。祖沖之號跟2019年穀歌的“懸鈴木”（Sycamore）一樣，用的是超導電路。而2020年12月刷屏的“九章”，用的是光學。

　　谷歌的量子計算機“懸鈴木”

　　然後，祖沖之號用的物理操作是二維的量子隨機行走。所謂隨機行走就好比醉漢走路，每一步都走一個完全隨機的方向，跟以前的歷史無關。為什麼要用這個呢？

　　布朗運動就是隨機行走

　　因為2009年和2013年，量子計算理論家安德魯·蔡爾茲（Andrew Childs）等人證明了，利用連續時間量子行走可以實現通用量子計算（《在可編程量子處理器上“漫步” | 墨子沙龍》）。還有，基於隨機行走的量子算法要超越傳統算法，至少需要二維，也就是説需要在一個平面上走，而不是在一條線上走。所以潘建偉、朱曉波等人做了這個二維的量子隨機行走。

　　利用連續時間量子行走可以實現通用量子計算

　　然後，具體而言，祖沖之號實現了62個量子比特。為什麼是這麼個數字？因為原本是8 × 8的二維格子，應該有64個量子比特，但這64箇中壞了兩個，所以最後是62個。谷歌的懸鈴木也是如此，設計的是54個，但做出來以後發現壞了一個，所以得到53個。

　　二維超導量子比特芯片示意圖，每個橘色十字代表一個量子比特

　　上圖是祖沖之號的示意圖。但我仔細看了以後發現一個問題：每個方向是7個格子而不是8個，這不是7 × 7嗎？怎麼是8 × 8呢？我去問相關的研究人員，回答是：量子比特是那些交叉的十字，而不是白色的圓圈！這個圖實在是太坑人了！一位師妹的評論是：傷害性不大，欺騙性極強。

　　那麼，這些白色的圓圈是幹什麼的？回答是，它們將控制線和讀出線引到下層的印刷電路板上，簡稱“坑”。果然是“坑人”的“坑”！

　　好吧，讓我們回來談祖沖之號的用途。其實它目前還沒有任何特別的應用，它的意義是實現了一種通用量子計算的原型機。也就是説，通過這種量子隨機行走的方法，原理上什麼任務都能做。

　　這跟九章是不同的，九章只能幹一件事，叫做“玻色子取樣”（boson sampling）。但這一件事就做得特別快，比現有最強的超級計算機快一百萬億倍，這叫做專用量子計算機。而祖沖之號和懸鈴木屬於通用量子計算機，它們原則上什麼都能幹，只是不一定乾得很快，這需要進一步發展。

　　九章論文附件（https://science.sciencemag.org/content/suppl/2020/12/02/science.abe8770.DC1）圖1，整個裝置的示意圖

　　所以説來説去，祖沖之號的定位是什麼呢？它是目前量子比特數最多的超導量子計算機。幾個月之前朱曉波就跟我説過，他們正在力爭趕上懸鈴木的水平，並且做出新的特色，所以我對這個成果毫不意外。以後一段時間，我們可能就會聽到祖沖之號在嘗試各種具體的任務，一會實現了這個，一會實現了那個。這就是平台的意義。

　　介紹完了這兩次上央視的內容，對照起來看，我想大家就會明白，正經的量子科技是什麼樣，假冒的量子科技是什麼樣。正經的量子科技包含大量的數學，用的是超導器件或者光學器件這種遠離日常生活的精密設備，目標是量子計算、量子通信或者量子精密測量這種非常精細的操作。假冒的量子科技完全沒有數學，用的設備“貼近生活”而毫無科學道理，目標説的是醫療保健，其實目標就是你的錢包。

　　對於老百姓來説，記住一條判據就足以使你遠離絕大多數騙局：任何自稱量子產品而用於醫療保健的，肯定是假的。因為量子科學根本不是幹這個的，它不是醫學，而是研究物質基本結構的。

　　《焦點訪談》記者問我的最後一個問題，也非常有代表性：為什麼出現這種種狀況，是因為我們的科普做得不夠嗎？很多人可能會以為，我會借這個機會大談一番科普的重要性。

　　但實際正相反，我的回答是：我們有太多的時候把這個責任都歸到科普頭上，其實不是。我們最重要的首先第一關是教育，對吧？科普是教育的一個補充嘛。如果你這課堂上都沒教好，然後你指望科普來給大家補上科學素質，這怎麼可能呢？大部分人的問題是他那個教育也沒受好，是吧？所以你現在指望科普去告訴他“量子是什麼”，他根本就沒這個動機嘛。

　　其實我產生這個感觸，是因為近年來我發現，有些人把自己或羣眾不瞭解某些知識當成了科普工作者的過錯，對他們大加攻擊。所以我需要嚴肅地告訴這些人，科普工作者並沒有欠你們的。

　　作為教育工作者和科普工作者，我非常清楚一點：學習的成效首先取決於學習者，而不是教育者。最基本的問題是“我要不要學”，而不是“有沒有好老師”。如果一個人無心向學，那麼再好的教師也不可能把知識塞進他的腦袋裏。例如那些相信偽量子產品的人，如果去問任何一個學過物理的人都能聽到這是假的，但他們根本沒想過去問。

　　我們國家要提升大家的科學素質，這很好。但這需要所有人都付出努力，相向而行，而不是把責任都推給科普工作者，讓他們去當萬能背鍋俠。口頭上把科普捧得過高，只是一些人不願意付出努力、為自己懶惰找的藉口而已。

　　我的科普工作，只對那些真心對科學感興趣的人有意義。你就是對科學感興趣的人，對吧？