量子问题：你永远不知道未来

十多年来，人们一直在争论量子计算机是否对比特币网络构成现实威胁。 13 年前，当我自己第一次发现比特币时，这是一个严肃的话题。

自从很久以前我只是一个笨手笨脚的白痴试图弄清楚这里发生了什么以来，无论是在理论还是在现实世界的工程方面都取得了相当大的进展。

自那时起，我们已经实现了两个重要的里程碑，这对在未来十年左右的某个时间实际生产出可行的量子计算机的可能性产生了重大影响。这本质上并不意味着它将达到无处不在的地步，甚至对于那些拥有大量资本的人来说也并不意味着相对容易获得。

但很可能在不久的将来将生产出许多可行的机器。

纠错改进

第一个重大改进是纠错。为了解决处理这种微小规模事物的固有噪声，要获得在实践中计算有用的逻辑量子位，需要使用多个冗余物理量子位。

现有的最先进的方法是表面编码，一种将多个物理量子位捆绑在网格中并使用其中一些作为检查量子位的方法，定期“检查”其邻居，以确保叠加中没有发生内部错误（不会破坏叠加）。每个网格的空白空间都需要用检查量子位填充。

这种检查量子位的要求会产生额外的开销，每个逻辑量子位总共可以接近 1,000 个物理量子位，并且在规模上会变得很糟糕，因为检查量子位只能检查紧邻它们的量子位。因此，每组量子位都需要有等距的棋子。

量子低密度奇偶校验 (qLDPC) 代码消除了这一瓶颈，允许检查量子位在设备上远距离检查其他量子位（通过交织的迹线跨芯片部分进行通信，或者通过像中性原子设计那样物理移动原子）。这使得生成可靠的逻辑量子位所需的物理量子位数量减少了 10 倍。

这可不是什么值得轻视的事情。虽然它可能不是一台功能齐全的机器，在提高效率方面取得了进展，但工程过程中材料效率的提高是生产功能齐全的量子计算机的基础。

证明基础知识的进展

第二个问题与一个更基本的问题有关，即添加更多的物理量子位会导致系统中整体噪声的减少而不是增加。在这一点上，这实际上仍然是理论，你必须记住，直到今天，还没有一台功能齐全的量子计算机能够端到端地执行经典计算机无法完成的计算。

谷歌使用他们的 Sycamore（以及后来的 Willow）芯片进行了一项实验，以实验验证添加更多物理量子位的效果。需要明确的是，这并不是执行计算的演示，而只是将信息存储在内存中而不衰减的演示。

他们通过使用由 17 个物理量子位、49 个物理量子位和 101 个物理量子位组成的逻辑量子位，证明逻辑错误率、数据损坏频率随着物理量子位计数的增加而降低。该测试通过了一个关键阈值，其中由独立物理量子位创建的逻辑量子位比其组成的任何单个物理量子位保持相干性的时间更长。

再说一遍，这并不是跳转到功能齐全的量子计算机，执行经典机器无法执行的计算，而是物质进步证明了量子计算机的基本假设之一。

人工智能

这些也不是我们在这个问题领域找到更好解决方案的唯一问题。人工智能已成为这些系统的重要组成部分。它被用于从量子计算机读取和解码信息的实际过程中，这是实际大规模使用它的一个大瓶颈。

人工智能还被用于开发针对这些类型的机器进行优化的新量子算法，并且考虑到最近大量的人工智能有助于解决（甚至反驳现有的猜想）数学领域的重大问题，考虑人工智能带来重大突破的可能性并不是那么疯狂的飞跃。

它们在实际设计使用不同架构构建的实际物理量子电路时具有相同的用途。实际上，这是一个非常复杂的问题，找到在物理空间中布置量子门的最佳方法，以最大限度地减少量子级别的噪声，而不会产生太多的空白空间，从而引入延迟、效率低下和其他需要解决的问题。

这一因素很可能会加速解决必要的基本问题的进展。

展望未来

最终，在我看来，这归结为一个问题：在计算和量子信息的主动操纵方面，添加更多物理量子位可以减少噪声的假设实际上是否成立。

如果这个假设确实成立，并且在不久的将来不会被实验证明，那么我认为在未来十年内生产出可行的量子计算机是一个非常现实的案例。

人们投入了大量的资源来解决这个问题，在解决问题的各个部分方面取得了重大（但不是压倒性的）进展，如果从根本上有一种方法可以做某事，那么人类通常会找到它。

我并不是说现在是恐慌的时候，但不要低估这种可能性。

这篇文章出现在比特币杂志最新印刷版《量子特刊》中。我们在此分享它，作为对整期探讨的想法的初步了解。