## 量子计算及其潜在应用 吕定顺 华为中央研究院高级研究员 # InfoQ官网 全新改版上线 促进软件开发领域知识与创新的传播 ## 精选内容  华为面试改革重编程；黑客攻击Git私有库索要赎金|Q新闻  ## TABLE OF CONTENTS 大纲 • 量子计算的基本原理 • 量子计算的潜在应用 • 量子计算机遇和挑战 • 华为量子计算的进展 ## 量子计算的基本原理：叠加 ![Image](/uploads/documents/8/a/c/4/8ac43374941cc6f79720ac45306295f0/p5_1

提供以下速度控制控制模式，用于决定视频质量和体积大小： ● 恒定质量（Constant Quality） ● 约束质量（Constrained Quality） ● 二压平均比特率（2-pass average bitrate） ● 单压平均比特率（1-pass average bitrate） 要查看可用选项，运行 FFmpeg -h encoder=libaom-av1 提醒：libaom 版本低于 恒定质量（Constant Quality） libaom-av1 有一个恒定质量（CQ）模式（就像是 x264 和 x265 的 CRF），可以确保每一帧画面都到相应画质水平（视觉感知上的）下应得的比特率，而不是编码每一帧都达到指定比特率。这可以得更好的总体质量。如果你不需要压缩到指定的文件体积，这应当是你的最佳选择。 要启用这个选项，你必须同时使用 -crf 和 -b:v 0 这两个选项。-b:v 的值 必须是 也有一个约束质量模式，可以确保比特率低于某个数值或者在指定数值区间的同时，达指定画质要求。这个方式对于使用一致要求批量编码视频很有用。 ffmpeg -i input.mp4 -c:v libaom-av1 -crf 30 -b:v 2000k output.mkv 视频画质由 -crf 决定，并且比特率由 -b:v 决定。-b:v 必须是非 0 值。 你也可以设置比特率的最小值和最大值： ffmpeg

### 2.1 传统技术方案 现有区块链的共识算法主要包括工作量证明（POW）、权益证明（POS）、委托权益证明（DPOS）以及可用拜占庭容错算法（PBFT）等，其中POW、POS、DPOS主要适用于比特币等公有链，而PBFT是一种适用于传统分布式系统的拜占庭容错算法，通过三轮广播通信完成共识算法。 C | 0 | 0 | 0 | 0 ### 2.2 传统共识算法不足 - POW通过算力竞争 网分布式存储|独占或相关方共享 可加密保护| 区分 “可见性安全” 和 “操作安全”，分别进行保护 交易频率这个东西，在公链上是公开的，你可以打开比特币的公网浏览器，去看某个账号，哪年哪日哪个时候，做过几笔交易，交易的对方是哪个账号，交易金额多少，完全是可以看到的。除了行为数据，在公链上，如比特币、以太坊，资产也是公开的。因为如果他不公开，没法做到全网的验证。但相对而说，他公开的账户隐匿了个人信息，黑客、恐怖分子都可以 在交换隐私信息场景中，Alice向Bob发送秘密信息时，可以用Bob公钥对消息进行加密，Bob在收到密文后，用私钥解密，获取消息，发送了私密信息时，不泄露任何消息内容； 1 主要应用场景包括：密钥交换，数字签名等； 以太坊和比特币使用的签名算法都是ECDSA 非对称加密和对称加密是可以结合在一起用，有点类似我们现在银行使用的HDS或者SSL这种方式，首先是用非对称加密的方式，先交换对称的、符合长度的一个密钥，双方以后就都

Moonshot AI 探索了诸多方案，比如： • 用 GQA 替换 MHA：让 KVCache 所占用的显存大小大幅度缩小 • Paged attention: 保证显存的充分利用； • 低比特量化：通过 W8A8，至多可以把推理速度在上述基础上再提升一倍； MoE & KVCache 裁减：让显存占用在上述基础上再下降一倍； 此外，Moonshot AI 通过极高的工程代码质量，将所有的 Moonshot AI 的工程师决定设计一个中文版的 “大海捞针” 实验，做进一步的测试和研究。 ## 第三次实验 我们将 Greg Kamradt 的 “大海捞针” 英文实验语料换成了 AI 科技媒体《量子位》的文章集合，原实验中藏进去的句子换成了： “在北京最好的事情就是秋天里坐在五道营胡同里的铁手咖啡馆，喝一杯热美式”。 向大模型提问的句子换成了： “北京最值得体验的活动是什么？仅基于上述文档，不要给出上述文档以外的信息。” 造成的，模型直接编造了一个不相关的答案。 ## 第四次实验 于是，Moonshot AI 的工程师决定再次改进中文的 “大海捞针” 实验，将实验中藏进去的句子换成了： “月之暗面科技有限公司北京地址是海淀区知春路量子芯座”。向大模型提问的句子换成了： “⽉之暗⾯科技有限公司北京地址是哪里？仅基于上述⽂档，不要给出上述⽂档以外的信息。” 这下应该没有什么二义性了。 第四次实验，也是第二次中文实验，跑出来的结果如下。

信息论的基本定理之一指出，为了对从分布p中随机抽取的数据进行编码，我们至少需要H[P]“纳特（nat）”对其进行编码。“纳特”相当于比特（bit），但是对数底为e而不是2。因此，一个纳特是 $ \frac{1}{\log(2)}\approx1.44 $ 比特。 ## 信息量 压缩与预测有什么关系呢？想象一下，我们有一个要压缩的数据流。如果我们很容易预测下一个数据，那么这个数据就很容易压缩。 softmax运算获取一个向量并将其映射为概率。 • softmax回归适用于分类问题，它使用了softmax运算中输出类别的概率分布。 ·交叉熵是一个衡量两个概率分布之间差异的很好的度量，它测量给定模型编码数据所需的比特数。 ## 练习 1. 我们可以更深入地探讨指数族与softmax之间的联系。 1. 计算softmax交叉熵损失 $ l(\mathbf{y},\hat{\mathbf{y}}) $ 的二阶导数。 线性模型不同，神经网络并不局限于单独查看每个特征，而是学习特征之间的交互。例如，神经网络可能推断“尼日利亚”和“西联汇款”一起出现在电子邮件中表示垃圾邮件，但单独出现则不表示垃圾邮件。 即使我们有比特征多得多的样本，深度神经网络也有可能过拟合。2017年，一组研究人员通过在随机标记的图像上训练深度网络。这展示了神经网络的极大灵活性，因为人类很难将输入和随机标记的输出联系起来，但通过随机梯度下降优

本章将阐述区块链相关的基本概念，对涉及的基本理论进行科普介绍。如果您已经对这些基本技术很熟悉，可以跳过本章。 ### 5.1 区块链是什么 区块链（blockchain）是在比特币之后提出的一个概念，在中本聪关于比特币的论文中没有直接引入blockchain的概念，而是以chain of block来描述一种数据结构。 Chain of block是指由多个区块通过哈希（hash）串联成一条 生、存取和使用的模式。技术架构上，区块链是由分布式架构与分布式存储、块链式数据结构、点对点网络、共识算法、密码学算法、博弈论、智能合约等多种信息技术共同组成的整体解决方案。 区块链技术和生态起源于比特币，随着金融、司法、供应链、文化娱乐、社会管理、物联网等更多行业对此领域技术的关注，希望将其技术价值应用到更广泛的分布式协作中，区块链技术和产品模式也在持续进化，FISCO BCOS区块链底层平台在 Second），即系统每秒能处理和确认的交易数，TPS越高，性能越高。区块链领域的性能指标除了TPS之外，还有确认时延，网络规模大小等。 确认时延是指交易发送到区块链网络后，经过验证、运算和共识等一系列流程后，到被确认时所用的时间，如比特币网络一个区块是10分钟，交易被大概率确认需要6个区块，即一个小时。采用PBFT算法的话，可以使交易在秒级确认，一旦确认即具有最终确定性，更适合金融等业务需求。 网络规模指在保证一定的TPS和确认时

本章将阐述区块链相关的基本概念，对涉及的基本理论进行科普介绍。如果您已经对这些基本技术很熟悉，可以跳过本章。 ### 5.1 区块链是什么 区块链（blockchain）是在比特币之后提出的一个概念，在中本聪关于比特币的论文中没有直接引入blockchain的概念，而是以chain of block来描述一种数据结构。 Chain of block是指由多个区块通过哈希（hash）串联成一条 生、存取和使用的模式。技术架构上，区块链是由分布式架构与分布式存储、块链式数据结构、点对点网络、共识算法、密码学算法、博弈论、智能合约等多种信息技术共同组成的整体解决方案。 区块链技术和生态起源于比特币，随着金融、司法、供应链、文化娱乐、社会管理、物联网等更多行业对此领域技术的关注，希望将其技术价值应用到更广泛的分布式协作中，区块链技术和产品模式也在持续进化，FISCO BCOS区块链底层平台在 Second），即系统每秒能处理和确认的交易数，TPS越高，性能越高。区块链领域的性能指标除了TPS之外，还有确认时延，网络规模大小等。 确认时延是指交易发送到区块链网络后，经过验证、运算和共识等一系列流程后，到被确认时所用的时间，如比特币网络一个区块是10分钟，交易被大概率确认需要6个区块，即一个小时。采用PBFT算法的话，可以使交易在秒级确认，一旦确认即具有最终确定性，更适合金融等业务需求。 网络规模指在保证一定的TPS和确认时

区块链是由多个学科交叉组合形成的一门技术，本章将阐述区块链相关的基本概念，对涉及的基本理论进行科普介绍。如果您已经对这些基本技术很熟悉，可以跳过本章。 ## 区块链是什么 区块链（blockchain）是在比特币之后提出的一个概念，在中本聪关于比特币的论文 [https://bitcoin.org/bitcoin.pdf] 中没有直接引入blockchain的概念，而是以chain of block来描述一种数据结构。 Chain 生、存取和使用的模式。技术架构上，区块链是由分布式架构与分布式存储、块链式数据结构、点对点网络、共识算法、密码学算法、博弈论、智能合约等多种信息技术共同组成的整体解决方案。 区块链技术和生态起源于比特币，随着金融、司法、供应链、文化娱乐、社会管理、物联网等更多行业对此领域技术的关注，希望将其技术价值应用到更广泛的分布式协作中，区块链技术和产品模式也在持续进化，FISCO BCOS区块链底层平台在 Second），即系统每秒能处理和确认的交易数，TPS越高，性能越高。区块链领域的性能指标除了TPS之外，还有确认时延，网络规模大小等。 确认时延是指交易发送到区块链网络后，经过验证、运算和共识等一系列流程后，到被确认时所用的时间，如比特币网络一个区块是10分钟，交易被大概率确认需要6个区块，即一个小时。采用PBFT算法的话，可以使交易在秒级确认，一旦确认即具有最终确定性，更适合金融等业务需求。 网络规模指在保证一定的TPS和确认

区块链是由多个学科交叉组合形成的一门技术，本章将阐述区块链相关的基本概念，对涉及的基本理论进行科普介绍。如果您已经对这些基本技术很熟悉，可以跳过本章。 ## 区块链是什么 区块链（blockchain）是在比特币之后提出的一个概念，在中本聪关于比特币的论文 [https://bitcoin.org/bitcoin.pdf] 中没有直接引入blockchain的概念，而是以chain of block来描述一种数据结构。 Chain 生、存取和使用的模式。技术架构上，区块链是由分布式架构与分布式存储、块链式数据结构、点对点网络、共识算法、密码学算法、博弈论、智能合约等多种信息技术共同组成的整体解决方案。 区块链技术和生态起源于比特币，随着金融、司法、供应链、文化娱乐、社会管理、物联网等更多行业对此领域技术的关注，希望将其技术价值应用到更广泛的分布式协作中，区块链技术和产品模式也在持续进化，FISCO BCOS区块链底层平台在 Second），即系统每秒能处理和确认的交易数，TPS越高，性能越高。区块链领域的性能指标除了TPS之外，还有确认时延，网络规模大小等。 确认时延是指交易发送到区块链网络后，经过验证、运算和共识等一系列流程后，到被确认时所用的时间，如比特币网络一个区块是10分钟，交易被大概率确认需要6个区块，即一个小时。采用PBFT算法的话，可以使交易在秒级确认，一旦确认即具有最终确定性，更适合金融等业务需求。 网络规模指在保证一定的TPS和确认

本章将阐述区块链相关的基本概念，对涉及的基本理论进行科普介绍。如果您已经对这些基本技术很熟悉，可以跳过本章。 ### 5.1 区块链是什么 区块链（blockchain）是在比特币之后提出的一个概念，在中本聪关于比特币的论文中没有直接引入blockchain的概念，而是以chain of block来描述一种数据结构。 Chain of block是指由多个区块通过哈希（hash）串联成一条 生、存取和使用的模式。技术架构上，区块链是由分布式架构与分布式存储、块链式数据结构、点对点网络、共识算法、密码学算法、博弈论、智能合约等多种信息技术共同组成的整体解决方案。 区块链技术和生态起源于比特币，随着金融、司法、供应链、文化娱乐、社会管理、物联网等更多行业对此领域技术的关注，希望将其技术价值应用到更广泛的分布式协作中，区块链技术和产品模式也在持续进化，FISCO BCOS区块链底层平台在 Second），即系统每秒能处理和确认的交易数，TPS越高，性能越高。区块链领域的性能指标除了TPS之外，还有确认时延，网络规模大小等。 确认时延是指交易发送到区块链网络后，经过验证、运算和共识等一系列流程后，到被确认时所用的时间，如比特币网络一个区块是10分钟，交易被大概率确认需要6个区块，即一个小时。采用PBFT算法的话，可以使交易在秒级确认，一旦确认即具有最终确定性，更适合金融等业务需求。 网络规模指在保证一定的TPS和确认时