10月23日，谷歌在頂級學術刊物Nature刊發論文，宣佈實現“量子霸權”（quantum supremacy）的消息在朋友圈迅速刷屏，熱度持續不減。

在論文中谷歌表示，旗下量子AI團隊開發出一款54量子比特數（53個可用量子比特）的超導量子芯片“Sycamore”。基於Sycamore，谷歌對一個53比特、20深度（Circuits Depths）的電路採樣一百萬次，只需200秒；而用目前最強的經典超級計算機Summit，要得到類似的結果，則需要一萬年。

基於這一突破性成果，谷歌宣稱率先實現了“量子霸權”。

在接受媒體採訪時，谷歌CEO Sundar Pichai認為此次的研究成果對谷歌來說具有里程碑式的意義，並將其與萊特兄弟發明飛機時的首次 12 秒成功試飛做類比。

一、真的實現“量子霸權”了嗎？

谷歌剛剛宣稱實現“量子霸權”，同樣在量子計算領域深耕的IBM就提出了質疑。

IBM發表在 Arxiv 上一篇由5名研究人員合著的論文寫道，谷歌的實驗中並沒有充分挖掘超級計算機的潛力。如果按照 IBM的方法來對超級計算機進行編程，僅需2.5天就能完成谷歌論文中量子計算機耗時 200 秒的任務，而不是像谷歌所說的“需要一萬年”。

疑點：一萬年，還是兩天半？

專家：算法不同

對此，中科院量子信息重點實驗室副主任、中國科技大學教授郭國平解釋道，谷歌“一萬年”結論的得出，是基於量子計算特性，相對經典計算機效率的提升“粗暴計算得出的數字”，並沒有考慮現在超級計算機在存儲、網絡傳輸等性能上的優化。

“量子計算機是並行計算，計算效率的提升是指數級的，如果不考慮相干性等因素，有多少量子比特就是2的多少次方的計算效率。”郭國平說。

而“一萬年”和“2.5天”的懸殊差異，一方面來自於谷歌“粗暴對比效率”對量子計算機效率的評估提升，一方面來自於IBM經典超算算法對硬件、軟件等的優化給經典超算帶來的效率提升。

不過，即便如IBM所說，當前世界最強經典超算要用2.5天才能完成的任務，量子計算機耗時200秒就能“搞定”，也足夠說明谷歌量子計算機實現了“量子霸權”。

為什麼？

疑點：到底算不算“量子霸權”？

專家：算！但……

“量子霸權”（quantum supremacy）最早由加州理工學院理論物理學家John Preskill在2011年的一次演講中提出。

在當時的語境下，只要人類研製的量子計算機能模擬50個量子比特構成的網絡，就算打敗“最多隻能模擬42個量子比特構成的網絡”的超級計算機Edison，就說明量子計算機實現了“quantum supremacy”。

也就是說，衡量量子計算機實現“量子霸權”的標準是：能比經典計算機更好地解決一個特定計算問題。

中國科技大學量子物理與量子信息研究部教授朱曉波說，這（谷歌量子計算機）是人類首次真正演示在一個計算複雜度被嚴格證明的問題上，量子計算機相較於經典計算機有著壓倒性優勢，因此有著重要的里程碑式的意義。

不過，學術界也有觀點認為，量子計算機要實現相對於經典計算機的“霸權”，不能只限於某個特定問題，而是要能在更多實用性問題上超越傳統計算機。因此用“量子霸權”對“quantum supremacy”的直譯或許並不準確。

同時，考慮到“霸權”一詞容易給人以“對立”“壓迫”的觀感，許多業內專家認為quantum supremacy譯作“量子優勢”“量子優越性”更為妥帖。

二、人類進入計算新時代了嗎？

Sundar Pichai將此次成果比作“萊特兄弟試飛第一架飛機”，無疑是一個極大的肯定。

谷歌此次量子計算機成果到底處於何種水平？是否為人類開啟了計算的新時代？對此，專家們有著自己的理解。

疑點：谷歌成果到底有多牛？

專家：轉折點

“谷歌確實開闢了量子計算機的新紀元。”國內知名高校物理系一位要求匿名的教授說，當量子計算機可以操控53個量子比特的時候，它就不再是個“玩具”了。

中國科技大學一位從事量子計算機研究的教授更是直言：“這樣的成果發Nature是給Nature面子。”

“谷歌開啟了量子計算機未來的可能性。”該教授表示，當量子計算機在某個問題上超過了最好的超算，就說明量子計算機開始“有一點意義了”：“儘管它距離發展成為尋常百姓家可實用的計算機還有很遙遠的路要走，但這是一個很好的開始。”

郭國平認為，Sundar Pichai關於“萊特兄弟試飛飛機”的類比有兩層含義。

“這樣的類比有其宣傳的需要，至少老百姓能夠聽得懂，這是第一層意思。”郭國平說。

而第二層含義則是，萊特兄弟首次成功試飛只離開地面飛行了12秒，這跟“蒸汽機剛發明出來時連小馬駒都跑不過”是一個道理，都只是在起步階段。

“但是，So what？”郭國平覺得，從基礎研究到應用基礎研究，谷歌一直堅持在做，這才是最重要的。

郭國平做了另一個類比：“量子計算機好比剛誕生的熱兵器，使用火藥的熱兵器剛出現的時候，威力可能還不如弓箭等冷兵器，但在某一個點上，熱兵器勝過超過冷兵器一籌，從此以後可能就會走上快速發展的道路。”

中國量子計算何時實現“量子霸權”？

近年來，我國在量子計算相關研究領域的重視和投入也非常可觀。目前中國在量子計算領域表現得怎麼樣？何時能夠實現“量子霸權”？

疑點：中國的現狀如何？

專家：正視差距

“我國在超導量子計算領域近年來進展迅速。”朱曉波介紹，以中國科技大學、浙江大學和中科院物理所等為代表的單位先後創造了10個、12個、18個量子比特糾纏的新紀錄。在國際上已經躋身一流的研究團隊。

此外，清華大學、南京大學、中科院武漢物理與數學研究所等高校院所，以及華為、阿里巴巴、騰訊、百度（HATB）等巨頭企業，也在量子計算領域有相關研究或佈局。

同時，如果你搜索“本源量子”“先揚劍”，它們做量子計算雖然不如HATB出名，但是可能在“認真做”這件事上，或許比HATB還要赤誠。

朱曉波表示，從公開發表的論文來看，在量子處理器所集成的數量以及性能等的綜合指標上，“我國與谷歌存在一定的差距，但並沒有代差”。

疑點：“量子霸權”在中國能否實現​？

專家：需要時間​

具體到實現“量子霸權”，朱曉波認為，其核心難度在於“如何使50個以上的量子比特以超高精度的方式協同工作”，而這“需要從量子處理器設計製備、量子算法及實現、極低溫極低噪聲環境搭建、高精度多通路電子學硬件、軟件平臺等方方面面進行系統的攻關”。

“我們前期已經突破了20個量子比特的超導量子計算技術，正在攻關50量子比特。如果能有效的組織起國內的核心力量，並提供足夠的資源支撐，有望在兩到三年的時間迎頭趕上，實現‘量子霸權’。”朱曉波說。

在量子計算機領域有著深刻研製體會的郭國平則認為，不能低估實現量子計算機的工程技術難度。因為要實現量子計算機，很大一部分工作就是解決工程實現問題。

“首先要能做出53量子比特的量子芯片，然後用很巧妙的方法很好地控制它們使芯片能夠工作，這其中有無數的工程技術難題要克服。”他舉例說，兩根電線之間就會相互干擾，類似的串擾等因素能夠解決好、控制得很好非常難。

“所以我認為，谷歌這一成果最大的進步其實是工程技術上的進步。” 郭國平說，“我們跟谷歌的差距可能有四五年，這還是比較樂觀的估計。”

疑點：三年還是五年？

專家：要看兩點

讓郭國平不那麼樂觀的是，國內從事量子計算研究的團隊或機構大多隻停留在“可以發論文”的基礎研究階段，對於能夠推動量子計算機向前繼續發展的應用基礎研究——技術成熟度處於“黎明前黑夜”的“死亡谷”研究，“很難得到資助、很少人能堅持做下去”。

“因為只能燒錢，還看不到市場化的希望——做出來有什麼用？這個問題現階段我們也不知道該怎麼回答。”郭國平說。

相比而言，谷歌算得上肯投入的典範。據悉，迄今為止，谷歌已經連續13年投入做量子計算機，在實現“量子優越性”之後，谷歌更是追加10億美元的預算繼續推進。

中國科學院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦認為，中國要在量子計算領域迎頭趕上，還需要做到兩點。

第一點是，改變現在的分散格局。

“‘上面’的規劃導向並沒有研製量子計算機的整體規劃，迄今仍然是分散小兵力作戰。”郭光燦說，“美國已進步到以公司為主導的新階段，我們的分散游擊戰競爭不過大兵團，這個局勢不改變，差距必定越來越大。”

第二點是，摒棄以論文為導向的做法。

“以前經費投到量子計算機這個主流方向上很少，佈局有偏差，必須大力投入；但以論文為導向的做法不改變，投入再多錢也難以趕上。”郭光燦說。