颠覆量子计算，“杀死”现有的发展成果，18岁华裔博士生大放异彩

从计算机被研发出来的那一天，我们就开始了一个新的时代。但是科技更新迭代的速度也是非常快的，计算机从一开始的庞然大物，衍变成了现在一只手都可以拿起的模样只过了几十年。

而现在，我们的普通计算机也快到了极限，开始往下一个时代发展，从普通计算机向量子计算机过渡。

不过量子计算机现在的情况和当初普通计算机创造出来的情况很类似，都是用作专用领域且体积庞大，但是量子计算机一定是人类突破下一代技术革命的关键技术。

它的优势就在于并行计算那些“可能、概率、随机”这种类型的问题，而这些问题刚好是我们普通计算机并不擅长的领域。

所以我们在数学、材料、制药等领域出现了瓶颈，一些很难靠普通计算机能运算出答案的实验。在2018年，来自美国的华裔女孩却以一种出人意料的方式颠覆了研究学者对计算机科学和量子计算的认识。

少年天才

来自美国得克萨斯州的少年唐乙文将量子计算机的性能提升了一个档次。在2018年8月份早些时候发布在网上的一篇论文中，十八岁的唐乙文证明，普通计算机可以解决一个重要的计算问题，其性能可能与量子计算机相当。

在最实际的应用形式中，购物网站中的“推荐问题”就会涉及购物网站如何确定你可能会喜欢哪一些类型的产品。计算机科学家曾经认为这是一个用量子计算机就可以指数级速度解决的问题的最佳例子之一。

这就使它有了可以成为了“未来科幻中的机器”的最重要的验证和力量。现在唐乙文已经验证了这种想法。

“这原本是能证明量子加速的最明确的一个例子，但是现在已经不存在了。”唐乙文在德克萨斯大学奥斯汀分校毕业时微笑着说。不久后唐乙文就要去华盛顿大学继续攻读自己的博士学位。

2014年，十四岁的唐乙文连跳三级进入了德克萨斯大学奥斯汀分校学习，在学校中选择了主修数学和计算机科学。

2017年春天，唐乙文选修了计算机领域著名研究学者斯科特·亚伦森教授的量子信息课。

亚伦森对唐乙文非常认可，觉得她是一个非常有天赋的学生，并将告诉她自己是一个独立研究项目里的顾问，可以给她一些项目中的问题让她选择研究，其中就包括“推荐问题”。唐乙文选择这个问题的时候表情有点苦恼。

后来唐乙文说：“当时看起来很苦恼是因为这个问题好像很难，但和其他问题相比这算是里面最简单的了，所以犹豫了很久。”

“推荐问题”是为了给用户推荐喜欢的产品。比如说一些主流的视频网站，当它知道你看了哪些视频后，需要通过分析然后将你接下来想看什么类型的视频给“推荐”出来。

如果是一个用户那当然是非常的简单，但是当它接受了数百万用户的观看信息，然后再要求运算出结果呢？

你可以把这些数据想象成一个巨大的网格，或者说是矩阵，上面列出了电影，下面列出了用户，网格中各点的数值量化了每个用户是否喜欢每个视频，还有喜欢的程度，就是通过每个视频你的观看时间就代表你的喜欢程度，然后变成数据。

一个优秀的算法会通过快速准确地识别视频和用户之间的相似性，并填入矩阵中的空白处以此来生成“推荐”。

攻克难题

2016年，计算机科学家克伦尼底斯和普拉卡发表了一种量子算法，解决“推荐问题”的速度比任何已知的经典算法都要快，快到什么程度呢，指数级的倍数。

他们实现了这种量子加速，因为一些原因而简化了问题：他们没有填写整个矩阵，也没有确定单一的最佳推荐产品，而是开发了一种将用户分为少量类别的方法——用户喜欢长视频还是短视频？并对现有的数据进行抽样调查，最后生成一个简单又好用的推荐。

在克伦尼底斯和普拉卡工作的时候，只有少数几个例子表明量子计算机似乎能够比经典计算机解决问题的速度快上指数级的倍数。

这些例子大多是专用领域中的，它们是为了发挥量子计算机的优势而设计得比较“狭隘”的问题。

克伦尼底斯和普拉卡所做出的成果是令人兴奋的，因为他们解决了一个和我们生活息息相关的问题，在这个问题上，量子计算机的性能明显优于经典计算机。

不过虽然克伦尼底斯和普拉卡什提出的量子算法的确要比现在已知的经典算法能够更大地提升计算速度，但他们并没有证明现在已知的经典算法不能够以相近的速度做出同样的计算。

所以在2017年的时候，唐乙文和亚伦森合作的时候，就是选择“证明不存在更快地的经典推荐算法”从而证明量子算法的优越性。

2017年秋天，唐乙文打算将这个问题作为她自己的毕业论文，越研究这个问题越觉得问题的难度很大，她十分努力的想要证明经典算法不可能比量子算法更快。

随着时间的推移，唐乙文渐渐有了新的想法。她说：“我开始认为有一种快速的经典算法，但我自己不能证明出来，而亚伦森似乎觉得并没有这种经典算法，而他是权威。”

最后，在大四毕业论文快要截止的时候，唐乙文发邮件给亚伦森，她确定有一种快速的经典算法。

整个春天，唐乙文将论文的最后结果写完，并和亚伦森一起完善相关的证明步骤。唐乙文发现的快速经典算法是受到了两年前克伦尼底斯和普拉卡什发现的快速量子算法的启发。

她表明他们算法中使用的那种量子采样技术可以复制到经典计算中运用。在发表到网上的时候，亚伦森一直都很担心这个证明会不会哪里有遗漏的地方，怕自己的学生努力了这么久的证明是错误的。

好在最后亚伦森的担心并没有成为现实。对于量子计算来说，唐乙文的成果是一个挫折，也可以说不是。

唐乙文将量子计算最显著的例子给“杀死了”，但也进一步证明了量子算法和经典算法之间相互作用的重要成果。

唐乙文是“杀死了”克伦尼底斯和普拉卡什的量子加速，但是从另一个角度来说，唐乙文是在他们两个的基础上做出了很大的改进和发展。如果不是他们的量子算法，唐乙文永远也不会想到这个经典算法。

小结：

科学就是一个发现的过程，敢于承认自己的无知，敢于挑战权威。真正的科学家都有着开放的心胸，只有满怀着好奇心才能探索更广的黑暗，打破人类已有的知识壁垒，将我们人类走进新的时代。人类的目标永远要是星辰大海。