谷歌量子霸权论文发表

谷歌在当地时间周三突然宣称其实现了量子计算领域的重要里程碑——“量子霸权”。谷歌表示，已经设计出一个机器，只需200秒就能解决世界上最快的超级计算机要花一万年才能解决的问题。

谷歌故意让传统计算机“变笨”？

谷歌在一条公开发布的博客中公布了这一震撼计算机界的消息，同时还附上了在《自然》杂志上发表的科学论文。

上个月，谷歌的一篇论文被泄露，该论文声称谷歌已经能够利用一台 53 量子比特的量子计算机实现传统架构计算机无法完成的任务——在世界第一超算Summit需要计算 1 万年的实验中，谷歌的量子计算机只用了 3 分 20 秒。

谷歌10月23日发表的博客，让这一消息实锤，并成为世界上首个宣称实现“量子霸权”的公司。实现了“量子霸权”意味着量子计算机距离实用又迈进了一大步。

所谓“量子霸权”，是指当量子计算机发展到50个比特时，计算能力将全面超越世界上最快的传统计算机，实现“称霸”。谷歌和IBM都已分别在2017年11月和2018年3月宣称实现了50个和72个量子位的原型机。

但有趣的是，竞争对手IBM第一时间对谷歌的这一“宣称”做出回应，并让谷歌的这一研究结果大打折扣。IBM在一篇博客中表示，谷歌高估了计算项目的难度。IBM称谷歌所宣称的经典计算机需要一万年执行的任务，其实只要2.5天就能完成。

IBM还呼吁业界都引起质疑。“我们敦促业界用质疑的态度来对待这一 历史 上的首次‘宣称’，即量子计算机能够实现经典计算机不能实现的任务。”IBM表示。

为了质疑谷歌，IBM还提出“量子优势”的概念，认为应该在一个真实应用场景，比如金融服务、AI、化学中，来对比量子计算机和经典计算机的工作。

意义堪比第一架飞机试飞

谷歌CEO桑德尔-皮查伊很快予以还击，并把首次实现“量子霸权”的意义与莱特兄弟的首次试飞相提并论。皮查伊表示：“人类的首架飞机飞行时间只有12秒，因此也不可能有实际的应用。但这证明了飞机飞行的可能性。”

如果像IBM所说的，经典计算机需要2.5天解决的问题，量子计算机用了200秒解决，这与谷歌宣称的一万年与200秒的对比，效果上打了不少折扣，也就是说量子计算机的优势并不那么明显。

但由于“量子霸权”并没有对量子计算机比经典计算机快多少做出定义，理论上只要量子计算机被证明快于经典计算机，都能被视为实现“量子霸权”。

对此，麻省理工学院教授Peter Shor认为，量子计算机和经典计算机的速度是很难做比较的。“这就好像无法回答‘火车要比船快多少的问题’。”Shor教授在近期上海举行的一场墨子沙龙上表示，“这不仅仅取决于运输方式，还取决于目的地在哪里。”

Shor指出，公众的一个误区是往往局限于计算机的速度多快，而忽视了它的记忆和储存。他解释道：“量子计算机上的每一步几乎肯定要比传统计算机要复杂，但是量子计算机可以利用量子力学特性的算法，大大减少所需要的部署，从而加快计算的速度，这个是传统计算机所不具备的。”

量子计算机与经典计算机的显著差异在于，传统的计算机存储数据的方式是0或者1，这就好比一个开关，只有“开”和“关”两种状态；而量子计算机存储数据方式是依赖量子比特，可以是介于0和1之间的任何状态，这令其速度更快。

十年内可能无法改变世界

目前谷歌、IBM和英特尔等美国公司都在致力于量子计算机的研发。英特尔量子硬件部门总监Jim Clarke表示：“量子可能是未来100年做重要的计算机技术，就好像宇宙空间科学一样，它的研究可能要通过一代人的努力才能进步一点点。”

正如皮查伊所说的，最初的量子计算机可能还无法马上投入实际使用。甚至在未来十年内，人们都无法看到量子计算机给世界带来实际的改变。但谷歌预测，量子计算机的潜在应用包括飞机和 汽车 轻量化电池的设计以及药物设计等。

谷歌也承认，量子计算机要实现必要的计算能力，还需要工程界和科学界很多年的努力。“但是我们看到了这条路是清晰的，并且会一致朝前走。”谷歌表示。

谷歌还表示，他们将尽快开发一款能够“容忍噪音和错误”的量子计算机。这种量子计算机原则上能够处理任何问题。理论上讲，它们需要更强大的处理器，能够包容更多的量子比特，而且为了达到纠错功能，还需要机器冗余。不过业内预计，要实现这样的技术至少还要等上10年左右。

对于量子计算机的商业化前景，谷歌表示：“对于量子计算的保守估计，投资者预计只能在长期获得回报。尽管如此，我们依然认为，随着小型的量子计算机会在5年内逐渐兴起，短期的回报仍然是有可能的，虽然这些设备无法实现完全的纠错功能。”

但漫长的商业化路径无法阻挡全球科研人员在量子技术领域展现他们最新的研究成果。比如中国发射的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，它为 探索 未来空间尺度量子通信应用的可能性做出巨大贡献。