9月以來(lái)，多家媒體援引外媒New Scientist的報道，稱(chēng)谷歌正在加緊其量子計算機研發(fā)步伐，報道中不乏“量子計算領(lǐng)域正在快速重組，谷歌的工程師已經(jīng)悄悄拿出了計劃要成為該領(lǐng)域的霸主”“最快明年年底之前就能實(shí)現目標”這樣的措辭。一時(shí)間，量子計算機這一跨時(shí)代的“黑科技裝備”似乎已款步而來(lái)。

然而，《中國科學(xué)報》記者經(jīng)多方訪(fǎng)問(wèn)了解到，量子計算機的研發(fā)門(mén)檻之高、難度之大，雖舉國體制亦不敢妄言“幾年內便可成為現實(shí)”。就連谷歌高薪聘請的來(lái)自加州大學(xué)圣巴拉拉分校的知名物理學(xué)家約翰·馬提尼斯（John Martinis）本人也曾表示：“嘗試制造一臺實(shí)際意義上的量子計算機，簡(jiǎn)直是物理學(xué)上的一個(gè)噩夢(mèng)”。

經(jīng)過(guò)對一些中文媒體報道的分析，記者發(fā)現，谷歌“幾年內實(shí)現量子計算機計劃目標”多為第三方的樂(lè )觀(guān)預估和解讀，而“谷歌欲成為量子計算領(lǐng)域霸主”，則多為媒體未經(jīng)核實(shí)谷歌工程師發(fā)表的關(guān)于量子計算計劃論文、轉而對外媒報道的曲解和誤讀。

被誤讀的“量子霸權”

翻看New Scientist的報道可以看出，將谷歌量子計算機計劃等同于“量子霸權”屬于誤讀。

首先，谷歌的確有一整套量子機器學(xué)習的計劃，這從其早早設立“量子人工智能實(shí)驗室”這一部門(mén)即可看出。但是，谷歌量子計算機并沒(méi)有“量子霸權”這樣一個(gè)名字。

New Scientist對谷歌量子計算機計劃報道的標題是“Google’s plan for quantum computer supremacy”，supremacy在詞典上有“霸權”“至高無(wú)上”“優(yōu)越”之意，但將quantum computer supremacy編譯為“量子霸權”顯然有賺取眼球之嫌。況且在該標題中，supremacy首字母為小寫(xiě)，并不能將其認為是谷歌為量子計算機計劃擬定的項目名稱(chēng)。

一位接近谷歌的匿名人士告訴《中國科學(xué)報》記者，在谷歌的語(yǔ)境里，quantum supremacy指的僅僅是，一臺量子計算機能比經(jīng)典計算機更好地解決一個(gè)計算問(wèn)題，就說(shuō)明這臺量子機具有“quantum supremacy”。在這個(gè)語(yǔ)境下，該詞組最好翻譯成“量子機優(yōu)越性”。

也就是說(shuō)，谷歌近期的目標其實(shí)很實(shí)際，只要證明一臺基于量子理論的機器能解決一個(gè)經(jīng)典計算機不能更好地解決的事，就能說(shuō)明量子計算機相對經(jīng)典計算機的確具有“優(yōu)越性”。

記者查閱材料得知，谷歌在為其量子機選取的數學(xué)問(wèn)題上認為，只要其量子機能模擬50個(gè)量子比特構成的網(wǎng)絡(luò )，就算打敗“最多只能模擬42個(gè)量子比特構成的網(wǎng)絡(luò )”的超級計算機Edison。谷歌認為，這個(gè)實(shí)驗會(huì )是一次證據確鑿的“quantum supremacy”。

此外，谷歌也并沒(méi)有宣稱(chēng)明年底或者具體何年何月就能實(shí)現這個(gè)目標。上述報道中也是引用一些業(yè)內人士的觀(guān)點(diǎn)，認為谷歌“最早明年底就能實(shí)現這個(gè)目標”，“5年的時(shí)間里都實(shí)現不了這個(gè)目標會(huì )顯得不可思議”。而谷歌自己的計劃是大約10年的時(shí)間，至少要在谷歌自己的服務(wù)中用上量子機器學(xué)習。

量子計算機已走出“象牙塔”

中國科學(xué)院院士、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室主任郭光燦在接受《中國科學(xué)報》記者采訪(fǎng)時(shí)表示，盡管谷歌未明確說(shuō)明其計劃完成的50個(gè)量子比特芯片的目標中量子比特數是“物理比特”還是“邏輯比特”，僅就量子計算機這一前沿性科學(xué)領(lǐng)域由作為企業(yè)的谷歌引領(lǐng)這一點(diǎn)而言，足以說(shuō)明量子計算機已非昔日科研機構“象牙塔”里的探索性科學(xué)課題，而是已經(jīng)歷史性地“邁出了實(shí)用化的步伐”。

那么，谷歌的量子計算機的這一步到底邁出了多遠呢？

郭光燦解釋說(shuō)，量子比特存在物理比特和邏輯比特兩個(gè)概念。物理比特并不穩定，即便現在可以做到50個(gè)物理比特的量子芯片，但因其不穩定，量子相干持續時(shí)間太短，無(wú)法以量子態(tài)完成計算，因此不能稱(chēng)之為量子計算機；而要經(jīng)過(guò)糾錯碼或編碼對量子態(tài)進(jìn)行“維持”，就需要多位物理比特才能生成一個(gè)邏輯比特，由多個(gè)這樣的邏輯比特組成的量子芯片才能有很好的量子相干性和容錯特性，做成的量子計算機才稱(chēng)得上真正的量子計算機。

因此，谷歌計劃完成的50個(gè)量子比特的目標，如果是邏輯比特，就量子位的數量而言，確實(shí)是足以稱(chēng)之為真正意義上的量子計算機；但如果是物理比特，50個(gè)物理比特距離超越傳統計算機的量子計算機依舊有相當大的差距。

而這正是制造量子計算機的難點(diǎn)。谷歌在其發(fā)表的論文中的確也提到了“without error correction”這點(diǎn)，如果不需要糾錯的機器能夠解決一些實(shí)際問(wèn)題，無(wú)疑會(huì )讓實(shí)現quantum supremacy這個(gè)目標離我們更近。

郭光燦告訴記者，一般認為，量子計算要產(chǎn)生相對于傳統計算足夠多的優(yōu)勢，有效的邏輯比特的數目必須要大于30個(gè)才行，而要完全通用量子計算，要幾十、上百個(gè)可實(shí)現任意量子邏輯操作的量子邏輯比特。

計算技術(shù)的下一個(gè)里程碑

如果研制出真正的通用量子計算機，那么它的誕生的確對經(jīng)典計算機有壓倒性?xún)?yōu)勢。特別是在超并行計算能力方面，量子計算機大幅優(yōu)于經(jīng)典計算機。例如，求一個(gè)300位數的質(zhì)因數，目前最好的經(jīng)典計算機可能需要上千年的時(shí)間來(lái)完成，而量子計算機理論上可以在幾小時(shí)甚至幾分鐘內完成。特別是在核爆模擬、密碼破譯、材料和微納制造等領(lǐng)域，量子計算具有突出優(yōu)勢，是新概念高性能計算領(lǐng)域公認的發(fā)展趨勢。

“如果把經(jīng)典超級計算機比作常規導彈，量子計算機就好比核彈頭。”郭光燦用這個(gè)形象的比喻說(shuō)明了二者的區別，“當然，就像我們平時(shí)不可能隨便動(dòng)用核彈，常規計算機也不會(huì )因量子計算機的出現而被淘汰，但量子計算機就是這樣，它的出現將在計算能力上碾壓經(jīng)典計算機。”

不過(guò)，不少物理學(xué)家都認為，通用量子計算機實(shí)用化或許是太過(guò)困難的事，但能實(shí)用化特定目的的（尤其機器學(xué)習相關(guān)）量子計算機就已經(jīng)有巨大的學(xué)術(shù)價(jià)值和工業(yè)價(jià)值了。

對量子計算充滿(mǎn)興趣的麻省理工學(xué)院的計算機科學(xué)家斯科特·阿隆森（Scott Aaronson）就持此看法，他就谷歌量子計算機計劃發(fā)表了自己的公開(kāi)評論。

“在量子計算實(shí)驗領(lǐng)域，與經(jīng)典計算機對決的一些人所謂的谷歌‘量子霸權’計劃最是讓我興奮不已。這是一個(gè)清晰的目標：用量子計算硬件去達成對某些定義好的數學(xué)任務(wù)的加速——相對于經(jīng)典算法而言。盡管目前的‘量子計算機’是特制的、非可擴展性硬件的專(zhuān)門(mén)機器，但這仍將是科學(xué)上一個(gè)重要的里程碑。它反駁了那些認為量子計算不能夠實(shí)用的人，并且將給未來(lái)硬件升級能夠解決更多實(shí)用問(wèn)題以舞臺。”

斯科特·阿隆森還很樂(lè )觀(guān)地預計，“‘quantum supremacy’計劃將在5~10年內實(shí)現，并且我認為硬件工程師們應該將焦點(diǎn)聚集在此：相對于實(shí)際應用中的‘糾纏’問(wèn)題，為何不先去實(shí)現這一里程碑，然后再去擔心如何實(shí)際應用？”

中國已經(jīng)落后

記者了解到，谷歌并不是世界上唯一進(jìn)行量子計算機探索的機構。相反，這一領(lǐng)域其實(shí)已經(jīng)成為下一個(gè)“軍備競賽高地”。除美國谷歌、IBM、耶魯大學(xué)等機構開(kāi)展了相應的量子計算研制項目之外，日本、澳大利亞等國家也另辟蹊徑，潛心開(kāi)展了量子計算芯片等的研制項目。

“上世紀70年代費曼最早提出‘量子計算機’的概念，但直到上世紀90年代左右國際量子學(xué)界才開(kāi)始轉向量子計算機的探索與研究。迄今發(fā)展不足三十年。”郭光燦告訴記者，“但中國在量子計算機方面的研究才剛剛起步，關(guān)注也是只有十多年的光景，足足落后了一半的時(shí)間。”

記者了解到，在國內通過(guò)不同方法開(kāi)展量子芯片研究的有中國科技大學(xué)、南京大學(xué)和中科院物理所等單位，分別采用了半導體量子點(diǎn)芯片、超導量子芯片的方案；尚未見(jiàn)有企業(yè)投入研發(fā)團隊開(kāi)展此類(lèi)研究。

需要指出的是，量子計算機的戰略意義巨大。一旦通用型量子計算機實(shí)現突破，首先可以知道，所有銀行里、政府機關(guān)，甚至是軍隊中用的RSA密碼的破譯難題將得到有效的解決——這不亞于原子彈對世界格局的影響。

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