文 徐令予

“为什么量子计算机可能永远无法成功的科普视频，近期在 YouTube 显示啦。它引发了众多不少的关注，到现在为止，这个视频的观看数量已超出 19 万，点赞的数目约 1 万那么这么多，评论都超过 1400 条的样子。对于一个以基础物理和前沿科技当作主题的科普视频，这样的传播成效实在稀有的很呢。”。

这条视频 在2025年的最后一天发布 意味却是深长的 。在主流舆论方面依旧在炒作量子计算议题 的这个背景之下 ，这样一则带有特别强烈质疑意味的作品 ，显得是格外醒目异常的 ，并且还为新一年里量子计算的发展前景 投下了一层有着不确定性质的阴影 。

视频播主为 Sabine Hossenfelder，她身为一位历经严格学术训练的理论物理学家，有过长期从事量子引力及相关基础物理研究的经历，当下任职于德国的科研机构。近些年来，她作为科普作者以及视频创作者而受到广泛关注，其作品风格是以质疑科技神话、反对科研叙事里的浮夸与炒作而闻名。和常见的“科技过度乐观主义”不一样，Hossenfelder愈加注重物理定律、工程可行性以及社会与人文环境对技术发展的制约。首先，她的立场不是说要否定新理论本身，也不是说要否定新技术本身，而是认为，在理论不确定性尚未被澄清以前，针对宏大技术承诺必须得保持足够的理性审慎 。

身为科学传播者，Hossenfelder有着颇为可观的影响力，她运营的YouTube频道，当下有着约170万订阅者，累计观看量快要接近3亿次，在基础物理与科学文化领域属于明星级别，除此之外，她长期身为博客作者以及专栏撰稿人，在如Nature、New Scientist、Quanta Magazine等国际媒体发表文章，还出版了多本科普著作。这些经历，使她在科学传播领域同时具备专业背景与公共影响力。

本文后面的注释里，附有那个视频核心内容的中文文字记录。为了保持中立以及客观性，文字纪录全都是靠机译生成的，还附上英文原稿给读者用来对照参考。以下这些内容，是我依据那个视频所做的一些初步分析与评论。

量子计算面临的重大挑战可分为以下三个层面。

第一层：量子计算的物理基础仍处在未经验证的边界区间

每一个有着实用意义的大规模量子计算机，都得去建立，还要操控一个超大规模的，深度纠缠的量子系统，这恰恰就是量子力学还没被验证过的边界区间。可是，量子力学在这个极端区间，也就是多体、宏观、长期维持且可反复操控的高阶纠缠态，从来都没被直接观测，或者系统检验过。量子计算的物理基础不是建立在已经被充分验证的量子力学适用范围里面，而是建立在把它朝着大规模、多体、高度纠缠状态去外推的前提之上。物理系统尺寸增大之际，量子效应会怎样退化， 在何种条件下退化呢，这是公认仍是悬置未解的物理基础问题 。

处在这一视角范围之内，“噪声”这种情况，就不再单纯只是工程方面所呈现出的那种不完美状态了，它有可能源自于原则上依据既成定理是没办法消除掉的物理背景，像中微子或者引力波等这般极其微弱但却普遍存在于各处的扰动现象。所以说现在面临的问题，并非单纯只是“当前现有的技术还没能达到足够成熟的程度”，而是量子计算所构想的那种具备可持续性、能够进行操控的超大规模纠缠态，究竟可不可以在自然界当中真实完整得到存在呢？

第二层：量子计算并未构成通用意义上的算力跃迁

即使假定，量子计算工作条件，在上述物理的边界区间，依旧是成立的，然而量子计算本身，仍旧不一定能够达成通用意义上面的算力跃迁。

量子计算被寄予“指数级加速”的期待，并非只因使用了量子态这么简单，而是基于一个隐含前提：自然界允许把量子叠加与干涉当作一种计算资源，这种资源具备可扩展、可累积、可反复调用的特性。在这样的设想里，量子系统被理解为可在呈指数增长的状态空间内并行演化，且通过干涉机制获取计算结果，进而在问题规模不断扩大时，与经典算法在数量级上拉开差距，。

然而，视频里所展示的那一系列观点，正对着这一前提自身提出了质疑 ，若是在更底层的计算意义方面，自然界并不支持有无的精度，无穷可区分状态，或者还能用稳定方式提炼出来并行性 ，就像它的演化在本性上更靠近离散，一步一步的更新进程 ，那么量子算法的“指数优势”或许主要停留在形式层面，而很难转化成能够随着规模变大的实际加速度 。

当处于当前这种图景状况下，量子计算有可能在针对小规模、具备特定结构种类之问题上面展现优势，可不是的、虽然拥有优势，不过这个优势并不会伴随系统规模的持续上升从而无尽延展。存在着理论方式预测判断说明声称情况认为，量子计算在规模容量尺寸方位上面或许不能够超越大概500以及1000的这样一个范围数量的逻辑功能比特；然而当下现有的比较乐观积极向上看待的判定断定，则十分广泛普遍地把具有商业方面意义价值的应用相关门槛放置设定在大概是估计大约100以及150的这样一个附近范围数量的逻辑运作比特方面。要是这些预估估算的情况数值接近靠近真实实际状况，那么量子计算就算是具备了可行行得通的条件，其达到有效应用的区间范围也将会是相当的狭窄狭小的。

第二层质疑的并非量子计算能不能运行，而是进一步追问，就算它可以运行，那其所带来的算法加速能不能构成一种长期且通用的计算能力跃迁呢。从这一意义来讲，量子计算面临的挑战，不光在于实现本身，还在于其加速潜力能不能支撑人们对它寄予的高度期待 。

第三层：量子计算所依赖的理论本身可能仍需要修正

于这个层面而言，讨论并非只限在，量子计算的物理实现上，亦非局限于其算法效果方面，而是触及到了，其更深层次的理论前提内容，即量子力学在极端复杂系统当中，是否依旧保留着其标准形式状态。这一问题并非是针对量子计算所提出来而存在的，对于量子力学可能需要修正的理论探索研究，一直都是存在在相关领域里面的。

在好些修正模型里面，波函数坍缩不再被当作是一种仅仅跟观测有关联的抽象规则，而是被引进成一种真实存在的、客观的物理过程。自发局域化模型正是当中具有代表性的那一类。在这一类模型当中，量子叠加并非在原则上能够无限期保持，而是会伴随系统规模跟复杂度的增加，以一定概率自发坍缩。

在跟量子计算有关的估算里头，有研究表明：要是采用自发局域化模型，那么一个有着大约一百万个超导量子比特的量子计算机，它的量子态的退相干时间没准仅仅是毫秒量级。相关的作者依据此指出，这样的时间尺度说不定足够去破坏在大型设备上运行具备实际意义的量子算法。需要着重说明的是，这种限制并非是源于工程噪声、控制误差或者环境耦合，而是源自理论层面对量子力学的根本性的修正。

在这样的一种图景情形之下，量子计算所面临的并非是那所谓的“尚未解决的技术方面的问题”，而是存在着一种其实更为根本本质的可能性，啥可能性呢，那就是即便针对工程以及算法层面的困难难题能够被成功克服解决掉，然而支撑大规模量子叠加的理论前提基础本身，也不一定未必在所有各种复杂度的尺度范围上面都能够成立。要是如果此类修正模型在某种具体形式上面接近真实实际情况，那么量子计算的可行性就将不再仅仅只是由技术进步单一决定了，而是将会直接受到限制约束于自然规律本身了。

综上所述，量子计算面临三重根本性限制，其一，在量子计算所依靠的物理边缘范围里，量子力学的适用性与正确性要得以验证，其二，量子计算带来的算法加速，有无像规模增长那样完成算力飞升的潜力，其三，支撑大规模量子叠加的理论基础，在高度复杂的物理系统中是否依旧成立，只有这三项条件同时达成，量子计算所承载的宏伟技术承诺才有成立的根基。

注释

《为什么量子计算机可能永远无法成功》视频文字实录

视频时段：（1:11～5:23）

在未来几十年里头，我可不觉得量子计算机能够拥有相当不错的应用场景，然而这那便是另外一个事情了。于今日而言，我想要去探讨的是那些持有量子计算机或许永远都没办法切实运作这种观点的人 。

有一些物理学家会对我心生讨厌之情，缘由是我为怀疑者预留出了空间。然而我觉得在此处务必要保持谨慎。我们并无任何证据能够指明，量子计算机会依照量子物理所预言的方式来运作。这是一片未曾被检验过的领域。我们从来都没能测量过如此大规模的纠缠。相反，我们清楚，当物体变得愈发大的时候，其量子效应会渐渐消失，而且我们并不明白其中的缘故。所以，我反倒有些诧异，为何怀疑的声音没有来得更多些 。当然，有的时候，我会产生这样一种感觉，实际上，并没有人能够确切地知晓任何事物究竟是以怎样的方式运行的，我们不过是装作自己已经明白了，所以，也许我也不用为此莫名惊诧。

即便这样讲，的确是存在一部分人觉得量子计算机会因噪声致使的错误而失利。数学家同时身为计算机科学家的 Gil Kalai 曾经提出过，量子计算机必定存在无法避免的噪声，这会阻拦它们获取相较于传统计算机的真正优势。物理学教授 Robert Alicki 同样提出了类似看法，假若是对噪声进行现实的建模，那么在量子计算机里纠错就会变得无法实现。

并且，身为数学家以及计算机科学家的 Leonid Levin 却觉得，鉴于源于中微子或者引力波的那种无可避让的微弱噪声，想要在足够高的精准度之下维持量子相干性将会是没办法实现的。

这三位每人都具备该领域相关方面的学术背景，所以，他们不是那种随意去发表意见的人。然而，他们中没有任何一人给出过定量预测，这同样是我觉得物理学界没有给予他们过多关注的缘由。

此外，存在一些物理学家觉得量子力学并非属于基础性的理论，这便是有人觉得量子计算机行不通的缘由。举例来说，Stephen Wolfram觉得，世界于根本层面是离散的，量子物理也不例外。在他的模型里，他宣称：“量子计算机最终不会占据优势。”。

紧接着的是 Gerard ’t Hooft 的细胞自动机理论，它也是一种离散的理论，还是一种逐步演化的理论，在他的认知里，这属于量子物理的底层结构，他觉得，“把一个有着数百万位数字的整数分解成它的素因子是不具备可能性的。”。

也持有这样看法的 Tim Palmer 觉得，在最终的意义这一层面上，量子物理一定要以离散呈现。靠着计算他得出结果，算出来表明我们没办法超越大概数目在5,00 到 10,0个中这样范围、数量的算量子物体。多数的估计持有这样的观点，具有商业方面意义的那些应用，大概会在数量处于1undred到1百50个这样情况下的量子物体时变得可行。所以，要是 Palmer 的观点没错，那么我们能够借助的计算设备是量子计算机的区间就会仅仅只有一个特别窄小的窗口。

另外，存在一些针对量子力学予以修正的普遍设想，比如所谓的自发局域性或者 Penrose 的坍缩模型。在这两种模型里面，其波函数的坍缩被看作是一种真实可知的物理过程，并非那种我们被禁止去探讨的“神秘现象”。

在前一种情形下，也就是自发局域化模型里，相关估算表明，一个有着大约一百万个超导量子比特的量子计算机，其退相干时间约为一毫秒 。作者们得出的结论是，这“可能会破坏在大型设备上运行具有实际意义的量子算法” 。而在Penrose的模型中，我前几天自行做了一个估算，发觉只有在拥有10^18个或更多超导量子比特的状况下，才有可能观察到由引力诱导的坍缩效应 。

我要再次着重指出，针对量子计算的这般怀疑态度，当下仅仅源自少数人，多数物理学家并不觉得它是合理的，即便话说到这儿，板块构造学说以及细菌学说，曾经也曾被视作边缘观点，可后来它们被证实是正确的，这亦是我期望你知晓这些观点的缘由，就我自身而言，要是量子计算机成功了，我会庆贺，要是它们失败了，我同样会庆贺。

视频所处的时间段是，从一点十一分开始，一直到五点二十三分结束 。

关于“离散”“算法加速”与量子计算优势的计算前提

为了对第二层正文中牵扯到的概念背景以及理论语境做出说明，这么做的目的不是去为某一个具体的观点进行支持，而是要把在量子计算算法承诺背后隐藏着的计算假设置于清晰明确的状态。

在有关量子计算的探讨当中，“离散”这个词汇经常被错误地理解成量子力学里早就确定好的事情，诸如能级呈现离散状态，粒子具有量子化特征，或者测量结果展现出离散谱。然而，这些层面所讲的“离散”，并不是第二层讨论的关键所在。此处真正涉及到的，是一种更为强烈、更具争议性质的论断：在自然界中，从最根本的计算意义来讲，是不是仅仅准许有限精度、有限可区分状态，以及逐步且不可并行跳跃的演化结构呢，是吗？

在主流量子力学的标准表述里，量子系统的状态空间是连续的，其演化是由连续的幺正变换来描述的，原则上，会允许任意精细的相位差异，以及指数增长的态空间结构。量子计算的算法承诺，则正是建立在这样的一幅图景之上，量子叠加与干涉被看成是一种能够扩展、可以累积、还能反复调用的计算资源，当问题规模扩大的时候，就有可能持续放大与经典算法之间的差距。

在第二层讨论里，涉及到了“本体论离散”观点，它针对这一图景给出了根本性的限制设想。在这类设想情况下，自然界于底层更趋近一种有限状态、逐步更新的计算结构。量子力学被当作一种在中等范畴尺度上有效的描述方式，并非自然界“计算能力”的直接接口。在这种状况下，即便量子系统于形式上展现出指数增长的态空间，但其能够被物理区分、操控以及稳定利用的自由度，依旧可能存在严格上限。

一旦这一限制得以确立，其直接产生的影响并非聚焦于量子算法究竟“是否存在”，而是着重于其能够达成的实际加速程度是不是可以随着规模持续予以扩大。若可进行区分的状态数量、相位精准度或者并行性提取能力在物理层面遭遇约束，那么量子算法所具备的优势或许仅会在小规模或者特定结构的问题当中得以展现，而是有办法组合搭建成为一项通用、能够扩展的计算范式的跨越。处于第二层正文中所提及的“窗口期”判定，正是这种推理逻辑在应用范畴的天然推导结果。

之所以要避免概念出现混淆，是因为，对于几种常常会被混淆为相同含义的“离散”，在下面这个表格之中，会作出对照说明，是这样的情况：

需要着重指出的是，这类围绕计算前提展开的讨论，当下既不是实验所确定的结论，也并非物理学领域大家共同认可的观点，它们所具有的意义并非是去否定量子计算，而是予以提示，量子计算的算法所做的承诺，是依靠一组有关自然计算能力的隐含着的假设，而这些假设自身还没有被直接证实 。

Gil Kalai

量子计算机是如何失败的：噪声以及量子纠错 ，请注意，这是一个关于量子计算机失败原因的探讨，涉及到噪声和量子纠错两个方面 。量子计算机会因为噪声影响而出现问题 ，还需要通过量子纠错来解决这些问题 。噪声在其中起到。

Gerard ’t Hooft

对于量子力学，细胞自动机能否做出解释，细胞自动机，量子力学的解释，这三者之间存在着怎样的关联 。

Stephen Wolfram

一种全新类型的科学，（涉及离散计算的有关章节之中）。