Google 抢到量子计算的“霸权”？

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计算能力优势。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。

Google 的一小步

据《金融时报》报道，Google 宣布其已经建造了第一台量子计算机，该计算机可以进行当今最强大超级计算机无法运行的计算。这篇自 Google 研究人员的一篇论文，本周早些时候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，论文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。

这款量子计算机展现出来的算力优势相当恐怖，可以在 3 分 20 秒内完成对特定任务的计算，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。

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》曾报道，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。

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。

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。

量子计算很好，但别急着吹

关于量子，最广为人知的就是“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：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。 

摩尔定律指导了计算机的发展。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，在纳米的尺度上，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 10 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。

一些研究人员也警告不要过度夸大量子霸权，认为它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。”

参考资料：

Fortune https://fortune.com/2019/09/20/google-claims-quantum-supremacy

FT https://www.ft.com/content/b9bb4e54-dbc1-11e9-8f9b-77216ebe1f17

科技日报 http://www.xinhuanet.com/2018-01/10/c_1122235455.htm