【文/观察者网专栏作家心灵观测站】一段名为《为什么量子计算机不会成功》的科普视频近日出现在YouTube上，引起广泛关注。截至目前，该视频已被观看超过19万次，获得约1万个点赞和超过1400条评论。这种传播效果在关注基础物理和前沿科技的科普视频中并不多见。 这段视频发布于2025年的最后一天，但意义重大。在主流舆论仍在热捧量子计算话题之际，此类存疑的研究显得尤为引人注目，给新一年的量子计算发展前景蒙上了不确定性的阴影。该视频的主持人是 Sabine Hossenfelder。她是一位受过严格学术训练的理论物理学家。他多年来致力于研究与量子引力相关的基础物理。他目前在一家科学研究所工作德国的一家研究所。近年来，他作为科普作家和视频创作者而受到关注。他的工作风格以质疑科学神话和拒绝科学研究叙述中的夸大和夸张而闻名。与常见的“技术过度乐观主义”不同，霍森菲尔德强调物理定律、工程可行性以及社会人文环境对技术发展的局限性。他的立场并不是否认新理论或新技术本身，而是坚持认为在解决理论不确定性之前，在大型技术努力中必须保持足够程度的理性谨慎。霍森菲尔德还是一位有影响力的科学传播者。他的 YouTube 频道目前拥有约 170 万订阅者和近 3 亿的观看次数，使她成为基础物理和科学文化领域的明星。此外，她还积极担任博主多年担任专栏作家，在Nature、New Scientist、Quanta Magazine等国际媒体发表文章，出版多本科普书籍。这些经历为他在科学传播领域提供了职业生涯和社会影响。视频主要内容。中文译文附于文末注释[1]。为保持中立和客观，所有文字记录均由机器翻译生成，并附上英文原文供读者参考。以下是我根据这个视频的初步分析和评论。量子计算面临的主要挑战可以分为三个层次： 第一层次：量子计算的物理基础处于边缘和未经证实的范围。具有实用意义的大规模量子计算机需要建立和控制极其庞大且深度纠缠的量子系统，这是量子研究的前沿领域。chanics 尚未经过测试。然而，量子力学的这种极端范围——可以长期维持并反复操纵的宏观、多体、高阶纠缠态——从未被直接观察到或系统测试过。量子计算的物理基础并非基于经过充分测试的量子力学范围，量子力学预先假定外推到大规模、多体、高度纠缠态。众所周知，为什么量子效应会随着物理系统规模的增大而减弱，以及在什么条件下减弱，这仍然是物理学的基本问题，至今仍未解决。从这个角度来看，“噪声”不再只是工程层面的缺陷，而是可能起源于原则上无法消除的物理环境，例如中微子和引力波等非常微弱但普遍存在的扰动。因此，问题不仅仅是现有技术是否适用还不够成熟，而是量子计算所设想的可持续、可控、大规模的纠缠是否能够真正存在于自然界中。第二层：量子计算并不是一般意义上的算力飞跃。即使假设量子计算的运行条件保持在上述物理极限之内，量子计算本身也可能无法实现一般意义上的算力飞跃。计算之所以期望“指数加速”，并不仅仅因为它利用了量子态，而是因为自然界中的量子叠加和干涉可以作为可扩展、存储和重复调用的计算资源。它基于隐含的假设。在这一愿景中，人们认为量子系统可以在呈指数增长的状态空间中并行演化，并通过干扰机制提取计算结果，从而与类随着问题规模的不断增长，我们需要使用不同的算法。然而，视频中提出的一系列观点对同样的前提提出了质疑。如果自然不承认无限精度、无限可区分的状态或可以在低级计算意义上稳定提取的并行性（例如，如果自然的进化在本体论上接近于渐进和离散的更新过程），那么量子算法的“指数优势”将主要停留在形式层面，并且可能难以转化为可扩展的真正加速[2]。在这种情况下，量子计算对于小规模的结构性特定问题可能具有优势，但这种优势并不会随着系统规模的增加而无限延伸。一些理论估计表明，量子计算的规模不会超过大约 500 到 1000 个逻辑量子位。另一方面，最乐观的现有观点普遍设定了com的门槛。大约 100-150 个逻辑量子位的重要应用。如果这些估计接近现实，即使量子计算成为可能，其有用的应用范围也将非常有限。第二级问题不是量子计算是否可以实现，而是另一个问题：即使可以实现，它提供的算法加速是否足以构成计算能力的普遍长期飞跃。从这个意义上说，量子计算面临的挑战不仅在于实现本身，还在于其加速潜力能否支撑人们对量子计算的厚望。第三层：量子计算所依据的理论本身可能仍然需要修改。在这个层面上，讨论不再局限于量子计算的物理实现和算法效果，而是触及其更深层次的理论假设，即量子是否可以即使在高度复杂的系统中，力学也能保持其标准形式。这种质量问题依然存在。量子计算的理论探索和修改量子力学的可能性一直存在。在一些修订后的模型中，波函数塌缩不再被认为是仅与观测相关的抽象规则，而是被呈现为真实客观的物理过程。自发定位模型是其中的代表性模型之一。在这种类型的模型中，量子叠加原则上不能无限期地维持，但随着系统规模和复杂性的增加，量子叠加会以一定的概率自发崩溃。在与量子计算相关的估计方面，多项研究指出，如果采用自发局域化模型，在拥有100万左右超导量子比特的量子计算机中，量子态的退相干时间可能仅为毫秒量级。作者指出，这样的时间规模可能足以削弱在大型设备上运行实用量子算法的能力。必须强调的是，它的局限性并不是由于工程噪声、控制误差或环境耦合，而是由于量子力学在理论层面上的根本变化。在这张图中，量子计算面临的不是“未解决的技术问题”，而是一种更根本的可能性。即使在工程和算法层面克服了困难，大规模量子叠加背后的理论假设也可能无法在所有复杂程度下建立。如果这个修改后的模型在某种程度上接近现实，那么量子计算的可行性将不再仅仅由技术进步决定，而是将直接受到自然法则本身的限制。总之，量子计算面临三个基本限制。首先，量子力学的适用性和精确性必须在物理上得到验证共量子计算的边缘范围。第二，量子计算带来的算法加速能否随着规模的增大完成算力的跃升。第三，支持大规模量子叠加的理论假设对于高度复杂的物理系统是否仍然有效。只有同时满足这三个条件，儿童计算所实现的伟大技术前景才有基础。笔记[1]《为什么量子计算机不会成功》视频文字稿 视频时长：(1:11-5:23) 我认为未来几十年量子计算机不会有很好的应用场景，但那是另一个问题了。今天我想谈谈那些相信量子计算机实际上可能行不通的人。一些物理学家可能不喜欢它，因为它留下了怀疑的空间。但我认为我们应该小心。没有证据表明量子计算机的行为符合量子物理学的预测。这是一个未经测试的领域。我们从未能够测量如此大范围的纠缠。相反，我们知道量子效应会随着物体的生长而消失，但我们不知道为什么。因此，我有点困惑为什么没有提出更多问题。当然，有时似乎没有人真正知道事情是如何运作的，我们只是假装知道，所以也许我们不应该感到惊讶。也就是说，一些人认为量子计算机会屈服于噪声引起的错误。数学作家兼计算机科学家吉尔·卡莱 (Gil Karai) 认为，量子计算机不可避免地会产生大量噪声，这使得它们无法获得相对于经典计算机的真正优势。物理学教授罗伯特·阿利奇也做出了类似的观察。如果对噪声进行现实建模，那么在量子计算机中纠正错误将是不可能的。数学家和计算机科学家 Leonid Levin 认为，由于中子不可避免的弱噪声，不可能以足够的精度保持量子相干性。三重奏和引力波。这三人都接受过该领域的相关学术训练，因此都不是自由思想家。但他们都没有给出定量预测，这就是为什么我认为物理学界并没有对他们给予太多关注。此外，一些物理学家认为量子力学不是基础理论，因此有些物理学家认为量子计算机不起作用。例如，斯蒂芬·沃尔夫拉姆（Stephen Wolfram）认为世界在基本层面上是离散的，我们相信量子物理学也不例外。在他的模型中，他认为“最终，量子计算机不会普及。”接下来是杰拉尔德·霍夫特的元胞自动机理论。这也是一个逐渐发展的独立理论。在他看来，这就是量子物理学的基本结构。他认为不可能将一个数百万位的整数分解为其质因数。蒂姆·帕尔默还认为，量子物理学在终极意义上必须是离散的。他计算出它不能超过 500 到 1,000 个逻辑量子位。大多数估计表明，商业上重要的应用在 100-150 个量子位左右是可行的。因此，如果帕尔默是对的，那么量子计算机可以使用的窗口极其狭窄。此外，还有一些修改量子力学的通用思想，例如自发局域性和彭罗斯塌缩模型。在这两个模型中，波函数塌缩都被视为一个真实的物理过程，而不是一个不允许讨论的“神秘现象”。根据旧的自发定位模型的估计表明，具有大约 100 万个超导量子位的量子计算机的退相干时间约为 1 毫秒。作者得出的结论是，这“可能会损害在大型设备上运行实用量子算法的能力”。在彭罗斯模型中，我前几天自己做了外推，发现只能观察重力感应的影响如果我们有 10 的 18 次方或更多的超导量子位，那么 ced 就会崩溃。我想再次强调，目前对量子计算持怀疑态度的只是少数。大多数物理学家认为这是不合理的。也就是说，板块构造学和细菌理论曾经被认为是边缘思想，但后来事实证明是边缘思想。正确的。这就是为什么我希望你理解这些想法。就我个人而言，我会庆祝量子计算机的成功。如果他们失败了……我同样庆祝。英文原始视频的时长：(1:11-5:23) 很好，我在未来几十年内看不到任何量子计算机的例子，但那是另一个故事了。今天我想看看一些认为量子计算机永远无法正常工作的人。有些物理学家可能不喜欢它，因为我给了怀疑论者空间。不过，我认为我们在这里需要小心。没有证据表明量子计算机实际上像量子物理学所预测的那样工作。这是一个未经测试的领域。永远不会因此测量如此大量的纠缠是可能的。相反，我们知道随着物体变大，量子效应就会消失。我不知道为什么。所以我实际上有点惊讶没有更多的怀疑。再说一次，有时我想知道是否没有人知道某件事是如何运作的。我们都假装知道，所以也许我们不应该感到惊讶。那些由噪音引起的。例如，数学家和计算机科学家 Gil Karai 认为，计算量子计算机存在不可避免的噪声，这使得它们无法比传统计算机具有真正的优势。接下来，物理学教授罗伯特·阿利奇同样认为，对噪声进行现实建模使得量子计算机中的错误无法纠正。数学家和计算机科学家列昂尼德·莱文 (Leonid Levin) 认为，由于中微子和引力波不可避免的小噪声，不可能以足够高的精度保持相干性。这三个人都是他们在自己的领域拥有相关学位，因此他们不是随意发表自己观点的人。然而，我认为物理学家并没有对其中任何一个给予太多关注，因为他们还没有做出定量预测。此外，一些物理学家认为量子力学不是基础，这就是量子计算机不起作用的原因。例如，斯蒂芬·沃尔夫勒姆（Stephen Wolfram）认为，世界从根本上来说是有差异的，其中包括量子物理学。在他的模型中，他认为“量子计算机永远不会超越物理学”。然后是杰拉尔德·特·霍夫特的元胞自动机理论。他表示，这也是构成量子物理学基础的逐步离散理论。我相信。他认为不可能对数百万位数的数字进行因式分解。 Tim Palmer 还认为，量子技术最终必须是离散的，并估计逻辑量子位不能超过 500 或 1,000。大多数估计表明，商业上有趣的应用程序大约 100 或 150 个量子位将是可能的。因此，如果帕尔默是对的，那么量子计算机的空间就很小了。此外，人们普遍期望对量子力学进行修改，例如自发局域化和彭罗斯衰变模型。两者都是发生了 w 崩溃的模型。 Avefunction 是一个真实的物理过程，而不是我们不允许谈论的神奇事物。在第一种自发局域化情况下，具有大约 100 万个超导量子位的量子计算机的退相干时间估计约为 1 毫秒。作者得出的结论是，这“可能会破坏大型设备上实用算法的量子计算”。在彭罗斯模型中，我们最近对此进行了推断，发现没有证据表明引力塌缩达到 10 的 18 次方或更多超导量子位。我想再次强调，对量子计算持怀疑态度的只是少数。大多数物理我们不相信这是有道理的。同样，构造和细菌理论一度被认为是边缘观点，但事实证明它是正确的。这就是为什么我想让你知道这一点。就我个人而言，如果量子计算机发挥作用，我会做的就是庆祝它。如果量子计算机不起作用，那么 II 也不会起作用。鼓励。 [2] 关于“自由裁量权”、“算法加速”的计算假设以及量子计算的好处。解释文本第二层中包含的概念和理论背景，目的不是认可任何特定观点，而是澄清量子计算算法前景背后的计算假设。在量子计算的讨论中，“离散”一词经常与量子力学中长期存在的事实相混淆，例如能级的离散化、粒子的量子化或显示离散光谱的测量。然而，这个意义上的“分配”并不是第二个的核心。d阶段讨论。这里真正重要的是一个更强有力、更有争议的主张。也就是说，在最基本的计算意义上，大自然是否只允许限制精度？ada、有限的可区分状态以及渐进和不可并行跳跃的进化结构？在传统量子力学的标准表述中，量子系统的状态空间是连续的，其演化通过连续酉变换来描述，原则上允许任意小的相位差和指数增长的状态空间结构。量子计算的算法前景基于下图。量子叠加和干扰可以被视为一种可扩展、累积和迭代调用的计算资源，它使我们能够随着问题规模的增长不断拉大与经典算法的差距。第二级论证中包含的“本体论自由裁量权”观点强加了对这张图片的根本限制。在这种观点中，自然接近于有限状态，其计算结构在基础上逐渐更新。量子力学被认为是一种有效的中间尺度描述方法，而不是与自然“计算能力”的直接接口。在这种情况下，即使量子系统形式上表现出指数增长的状态空间，可稳定区分、操纵和物理利用的自由度仍然可能存在严格的上限。一旦设定了这个限制，直接的后果不是量子算法是否“存在”，而是它们能够实现的实际加速是否能够随着规模的扩大而继续增加。如果可区分状态的数量、拓扑精度或提取并行性的能力在物理上受到限制，则量子算法的优势可能仅针对小规模或特定结构的问题而出现，从而很难构建通用和可扩展计算范式的过渡。第二级文本中提到的“窗口期”确定是这种应用级逻辑的自然结果。为了避免概念上的混淆，下表对“离散”的一些常被混淆的含义进行了对比解释： 实验级别：能级、自旋和测量显示出离散谱（常规的，经过验证的，但不足以保证算法的速度）。建模层面：使用网格点和有限维空间近似（常规计算方法，与物理本体无关）。本体/计算级别：自然只支持有限的状态、精度和渐进进化（有争议，如果设置的话，会直接限制可挖掘算法的速度）。应该强调的是，这种类型的计算假设的讨论目前既不是实验上确定的，也不是业界的共识。物理学社区。它的重要性不是“否认量子计算”，而是提醒我们，量子计算的算法承诺是基于对自然计算能力的隐含假设，而这些假设本身尚未实现。没有直接验证。 [3] Gil Kalai 量子计算机如何失败：纠正量子噪声和错误 [4] Gerard ‘t Hooft 细胞自动机解释量子力学 [5] Stephen Wolfram 一种新的科学（离散计算相关章节） 本文为 Observer.com 独家手稿。文章内容纯属作者个人观点，不代表平台观点。未经许可不得转载。如果抄袭，将承担法律责任。微信关注观察者网，每天阅读有趣的文章。
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