文｜苏京春

我们生活的世界是具象的。数学建模可以帮我们把熟悉的东西抽象化，从而方便我们透过现象去认识本质，透过历史去预测未来。

建模是抽象化的一种十分有效的方法论。小学一年级的学生会接触到应用题这种题型：

今天小敏的家里计划举办聚会，总共要来28位同学，要给每人准备一杯奶茶，小敏自己也要喝一杯，现在已经准备好了8杯，请问还需要几杯？

如上题目，借助简单列算术式的方法，可以很容易地算出答案：28+1-8=21（杯）。这是最基本的抽象建模。

题目虽然简单，但是方法论却不简单。我们可以将这种方法论在宏观和微观两个方向上做一个简单延伸。

在宏观方面，我们可以对地球上的气候进行模拟建模。先将地球表面分割成小方块或网格单元，再将这些正方形网格扩展到立体维度，拓展到各个大气层的正方形板块，计算机就可以通过建模分析每个板块的参数，以此来预测天气变化。刚开始，计算机模拟的正方形网格边长是311英里；随着计算能力的提高，将逐渐缩小到68英里。基于每个板块内湿度、日照、温度、大气压的基础参数，用已知的热力学方程等计算相邻单元的参数，就能覆盖整个地球。所以，分得越细，参数越多，对计算能力的要求也就越高。更不要说，还要考虑地球表面平均覆盖率达到70%的云层带来的不确定性，以及温度、湿度、气压、气流和其他因素快速变化对云层的影响。所以，我们看到的天气预报往往不是很准确，其中比较重要的原因在于计算能力制约着预测能力，从而降低了准确性。

在微观方面，我们也可以对引发衰老的基因进行测序。衰老主要是由分子、遗传基因和细胞水平上的错误积累引起的，当这些错误积累的速度更快，快于我们自我更新逆转的速度时，就会表现出皮肤上的皱纹、器官功能的衰竭和神经元的退化，一直到死亡。通过对为细胞提供绝大部分能量来源的线粒体进行DNA（脱氧核糖核酸）测序，就能知道究竟哪些错误积累正在发生。现在我们已知的是，分子水平的DNA错误积累每分钟平均发生25—115次，每天每个细胞发生36000—160000次。从严格意义上来讲，一旦对这些引发衰老的基因进行测序、分析并实现干预，就有可能逆转衰老的过程。可是这样的计算量，显然也不是我们日常使用的电脑甚至是超大型计算设备能够轻松完成的。

不难发现，无论是宏观方面的建模计算，还是微观方面的建模测序，都因为不能做到总是那么精确，所以用处也没有我们所期待的那么大。而不能做到的主要原因是受到两个方面的制约：一个是建模大脑没有完全跟上自我学习更新能力，另一个是算力及算力能源供应方面存在着明显制约。

量子时代有可能一次性解决以上所有问题。

这也是为什么加来道雄教授在《量子霸权：量子计算机革命如何改变世界》的开篇就强调“时代”的转换。如果我们现在仅仅讨论“硅时代”到“量子时代”，那么你可能没有太多感觉。而如果我们将历史的视角拉得更久远一些，从石器时代、青铜时代、铁器时代、蒸汽时代、电气时代开始，再过渡到现在的硅时代，以及未来的量子时代，那么量子技术对整个人类带来的改变程度便不言而喻了。

能够利用量子技术完成量子级计算的计算机本身也是一个竞争异常激烈的细分赛道，现在已经至少有超导量子计算机、离子阱量子计算机、光量子计算机、硅光子计算机、拓扑量子计算机、D-wave量子计算机等技术路线。这些量子计算机拥有非常强大的算力，正在致力于完成一些原来看起来根本不可能完成的终极模拟任务，比如光合作用，再如蛋白质折叠。而与人工智能的结合，使量子计算机非常有希望通过这些终极模拟，实现自我学习，能够应对阿尔茨海默病、癌症等目前人类束手无策的疾病，甚至可以帮助人类抵抗衰老、永葆青春。

支撑这些量子技术的能源是热核聚变。会发光的太阳看上去像一个火球，但我们知道太空这种真空里面是不具备产生火的条件的，所以显然太阳周围没有火。太阳的光来自其释放的能量，这种能量的释放则是量子级别的，具体来自氢原子核融合形成氦原子时产生的质量损失，爱因斯坦的相对论揭示了这种能够照亮整个太阳系的巨大能量的释放。换一个人文社会科学的视角来总结，这不失为量子级别的技术和量子级别的计算，还需要量子级别的能量来与之匹配。

《量子霸权：量子计算机革命如何改变世界》这本书的封面所呈现的是量子纠缠，简单来讲就是我们只能知道两个纠缠在一起的粒子是相同属性，但是它们具体是什么属性，我们不得而知。这也正如这本书和已经打开这本书的你之间的关系。当你打开这本书，接收量子相关的科普知识的同时，就与该领域的知识开启了“纠缠”，而这种纠缠可能带来怎样并行不悖的物理反应或化学变化，你从中获得了什么，而现有知识因为这种获得又发生了怎样同步的改变，这种改变又怎样改变了你，到来的是“欧若拉”还是“潘多拉”，我们也不得而知。

（本文为《量子霸权：量子计算机革命如何改变世界》译者序）

《量子霸权：量子计算机革命如何改变世界》

[美]加来道雄 著

苏京春 译

中信出版集团

量子计算机之所以被冠以“终极计算机”称号，是因为它是技术层面带有决定性意义的一次飞跃，将为我们的经济、社会以及生活方式开创一个全新的时代。人类面临的任何问题都有可能被量子计算机解决。加来道雄博士毕生致力于量子理论研究，他以其标志性的清晰和热情，讲述了这个令人兴奋的科学前沿，以及激动人心的争夺人类未来的竞赛。