Google 抢到量子计算的“霸权”？

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量子力学，这个曾经经典物理学天空上的那朵乌云，已经不再只停留在理论阶段，而是对各行各业都带来了实际的影响，量子计算机，就是其中最值得期待的应用之一。量子计算机相较于传统计算机有着诸多优势，为了更好地描述这种优势，加州理工学院量子理论学家、量子计算的教父级人物 John Preskill 于 2012 年提出了 Quantum supremacy 的概念，被翻译为“量子优势”或“量子霸权”。不过它跟传统意义上的“霸权”没关系，而是用来形容量子计算机相较于传统计算机碾压级别的技算能力优势。如果量子计算机可以解决经典计算机上，无法解决的问题，不论这项任务本身是什么，是否有实际的意义，那么就代表实现了“量子霸权”。谁能最早地宣布已经实现了量子霸权，谁就会在量子计算的长跑中获得先机。
据《金融时报》报道，Google 宣布其已经建造了第一台量子计算机，该计算机可以进行超出当今最强大的超级计算机的计算能力。这来自 Google 研究人员的一篇论文，本周早些时候，这篇论文发表在了美国国家航空航天局（NASA）网站上，但很快被删除。

美国《财富》报道，一位熟悉 Google 的消息人士表示，这篇文章的评审需要数周至数月的时间，NASA 只是不小心提早发布了。

论文中描述了一个特定的实验，基于量子现象的随机生成数字的抽样，研究人员表示，他们确信量子计算机在完成这项任务时远胜常规计算机，其涉及计算某些专用电路的输出。

这款量子计算机展现出来的算力优势相当恐怖，论文表示，这款计算机可以再 3 分 20 秒内完成计算，而目前世界排名第一的超级计算机“Summit”需要大约一万年的时间；在Google Cloud 服务器上执行相同的实验将花费 50 万亿小时，在量子处理器只需 30 秒。

研究人员还预测，量子计算能力将“以两倍的指数速率增长”，甚至超过了定义摩尔定律的指数速率，这种趋势观察到传统计算能力大约每两年翻一番。

Google 的研究人员表示，这意味着量子计算机可以执行以前不可能完成的计算，“量子霸权”已经实现。如果这篇论文能顺利发表，那么它可能会成为量子计算领域的一个里程碑。

这款量级计算机被命名为“Sycamore”，包括了 53 量子比特（普雷斯基尔预言量子霸权将由 50 比特的量子计算机实现）。2018 年，Google 就推出过一款包括 72 量子比特的通用量子计算机 Bristlecone，Google 认为它有实现量子霸权的能力。《Quanta Magazine》层报道，Google 的量子处理器在不到半年的时间内算力爆炸，复现的设备从笔记本升级到了服务器，谷歌量子人工智能实验室（Quantum Artificial Intelligence lab）主任 Hartmut Neven 在 5 月份提出，量子霸权会在 2019 年内实现。

目前，量子计算仍在赛跑阶段，这也是各家尖端研发能力的一个展示舞台。

                               
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量子计算很好，但别急着吹

关于量子，最著名的就是“薛定谔的猫”，就像那只可怜的猫处在“死和生的叠加态”一样，量子计算机的“0 和 1”也可以处于叠加态，中国科学院郭光灿院士曾这样解释量子计算机的计算能力。他说，量子比特可以制备两个逻辑态 0 和 1 的相干叠加态，换句话讲，它可以同时存储 0 和 1。在理想状态下，50 个量子比特一次可以进行 2 的 50 次方次运算。

摩尔定律知道了计算机的发展。每隔 18 个月，集成电路上可容纳的元器件数目约增加一倍，计算机的计算性能也提升一倍。但传统计算机的发展已经进入瓶颈，在纳尼的尺度上，摩尔定律放缓。

量子计算的出现，为算力的继续进化提供了可能。但长路漫漫，量子计算仍在发展阶段，

2017 年 1 0月，IBM在常规的超级计算机上成功模拟出了 56 个量子比特的量子计算机，2018 年 1 月，英特尔公司宣布成功研制了 49 量子比特的测试芯片，英特尔表示，量子计算距离解决工程规模的问题可能还要５到７年。而从商业角度看，量子计算可能需要 100 万甚至更多的量子比特才能有实用价值。

“量子霸权”的定义，就是这是一个不管有没有实际意义的认定任务，落地到具体的应用上的意义不大。

一些研究人员也警告不要过度夸大量子霸权，认为这并不意味着量子机器会迅速超越传统计算机并给计算带来一场革命。

IBM 研究主管 Dario Gil 建议不要使用量子霸权作为衡量该领域进展的指标，他向《财富》杂志解释：“几乎所有的人都会误解这个实验和‘霸权’一词。”他还补充，量子计算机不会取代传统计算，二者是协作模式。

英特尔实验室量子硬件总监吉姆·克拉克（Jim Clarke）则表示 Google 的实验是一个里程碑，但量子计算机要在商业上落地，还需继续研发：“虽然这项马拉松仍遥遥领先，但我们坚信这项技术的潜力。”

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       谷歌实现的是“量子霸权”，还是“量子乌龙”

　　国际纵横

　　谷歌研究人员宣布实现“量子霸权”，更多的是噱头。

　　近日，美国谷歌公司研究人员在美国国家航空航天局（NASA）官网上发表论文，称其所研究的量子计算机仅需3分20秒就可完成目前全球最快超级计算机（“超算”）Summit需一万年才能完成的计算。

　　谷歌方还对此称“这意味着首个只能由量子计算机完成的工作已经出现并完成”，将之誉为“迈向全面量子计算的里程碑”，并使用了“谷歌获得量子霸权”的字眼，引发广泛轰动。

　　但正在人们纷纷争论谷歌是否真的获得“量子霸权”，以及“量子霸权”究竟有何实际意义之际，这篇“吹皱一池春水”的“量子霸权”论文居然神秘消失。据随后NASA方面传出的消息称，可能系误发了尚待完成的论文，因此随后“自行删除”。

　　谷歌宣称“量子霸权”并非首次

　　这个“论文乌龙”究竟是无心之失，还是一出精心安排的“火力试探”，暂且按下不表，但在论文“存在”期间，谷歌方面所表达的两个要点却十分清晰。

　　第一，他们希望表明量子计算机技术进入或至少接近所谓“绿色区域”，即实用化的容错通用量子计算机时代，足以对如今担负高速计算主角的“超算”构成实质性威胁。所谓“量子霸权”时代业已到来，至少无限接近。

　　第二，是谷歌而非其他国家、地区或企业，成为“量子霸权”的执牛耳者。

　　事实上，近一两年来，谷歌在“量子”相关话题上真真假假、虚虚实实，爆出的“里程碑”已不在少数，且许多比此次缺乏参照性的论文更有“干货”。

　　比如，去年3月5日，谷歌宣称推出72比特量子芯片“Bristlecon”，宣称可借此突破“量子霸权”；去年7月底，谷歌又发布了据称可用于量子计算的Python开源库Cirq，并再次将“足以证明量子霸权”的标签醒目贴出。

　　对于这些“里程碑”，各国科学家在一度兴奋、激动、紧张后，迅速冷静下来。他们一方面肯定谷歌在这方面的投入、探索和收获，另一方面也实事求是地指出，不论“Bristlecon”或Cirq都存在两个关键的不确定点。

　　首先，量子计算机和传统“超算”之间计算能力的比较结论，难以获得验证；其次，目前各国、各研究机构所研制并公开的各种量子处理器，在读出和逻辑运算时的错误率并不稳定。正如部分科学家指出的，“一台快但错误率畸高的量子计算机远不足以取代传统‘超算’”。

　　“量子霸权”存在两个关键不确定点

　　在谷歌通过发布“Bristlecon”宣称掌握“量子霸权”时，美国斯坦福大学著名量子物理学家、Q-FARM项目联合召集人之一海登(Patrick Hayden)表示，“量子霸权”只是个“模糊的里程碑”。

　　海登们指出，所谓“量子霸权”，是在量子计算机研究论证过程中提出的一个目标性概念，即如果能证明量子计算机在某个问题上计算能力远远超过性能最好的“超算”，就算实现了“量子计算机对传统计算机的霸权”。


　　通俗而言，即可以用量子计算机实现对“超算”的“更新换代”。海登当时还提出了“有效操纵50个左右量子比特”的具体量化标准。而谷歌两次宣称“突破‘量子霸权’”的理由也正在于此。

　　但如前所述，鉴于两个关键的“不确定点”至今都未能被证明获得有效突破，迄今都没有哪个研究机构或商业开发机构敢负责任地表示，自己的成果足以确凿、稳定地在某个实用性领域替代“超算”。

　　所谓“量子霸权”，暂时自然也就无法“落地”。

　　尽管“抢占制高点”的急切心情溢于言表，但再次喊出“突破量子霸权”的谷歌方，在NASA论文未删前也坦言，此次“突破”尚无法实用化。简单来说，如果没有“打埋伏”，此次的“量子霸权”里程碑，至少并不比谷歌去年宣布的两座更高。

　　因此，我们在肯定一些科学成就的同时，也应对科技领域的探索、尝试，抱持更科学更审慎的态度：科学既需要“大胆假设”，也需要“小心求证”，更需要耐心、谨慎和时间。科学有风险，科学探索也允许反复试验和阶段性挫折，过于急躁是要不得的。

　　□李厚何（专栏作家）