當地時間10月23日，美國科技巨頭谷歌公司正式宣稱其實現了量子計算領域的重要里程碑——“量子霸權”。為什麼說“正式”呢？因為早在一個月前，谷歌曾擺過一次“烏龍”。
當時，它在美國國家航空航天局（NASA）官網上發表了一篇論文，也是如此這般宣稱掌握“量子霸權”，但這篇論文很快又被刪除了。而本週三，它的再次面世就多了一道“權威認定”光環——刊印在當天發行的最新一期《自然》雜誌上。
如果這一成果被“實錘”的話，將是個歷史性的宣言，意味著量子計算機距離實用又邁進了一大步。
有趣的是，谷歌的主要競爭對手IBM很快就對此做出了回應。IBM表示，谷歌離實現“量子霸權”這一遠大目標還有十萬八千步，並呼籲業界都以懷疑的態度來對待這一“歷史性的宣言”。
200秒內完成超級計算機一萬年的運算？
據《衛報》報道，當地時間10月23日，谷歌宣佈自己贏得了“量子霸權”競賽。該公司一個實驗性量子處理器在200秒內完成的運算，需要讓目前全球最快的超級計算機工作一萬年。
這篇發表於《自然》雜誌的論文顯示，谷歌“量子霸權”小組的組長名叫約翰·馬丁內斯（John Martinis）。在他的領導下，“量子霸權”小組建造了一個名叫“Sycamore”的超導量子處理器。該處理器利用量子物理學的“詭異”來處理棘手難題。
約翰·馬丁內斯（最右）和他的部分研發小組成員。圖源：物理世界新聞雜誌
為了證明這個處理器的計算能力，谷歌的研究人員們為它精心設計了一項任務，即檢查一系列數字的隨機性。他們聲稱，量子計算機在200秒內所經歷的一切，將讓位於美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的超級計算機“Summit”忙碌1萬年。而“Summit”，目前是公認的全球最強大的超級計算機。
“這個實驗有點難做，”馬丁尼斯說。“當我們在小組中提出這個建議時，成員們花了一段時間來理解並使之生效，所幸大家最終還是做到了。”作者在論文上寫道：“據我們所知，這個實驗是人類歷史上第一次只能在量子計算機上進行的計算，量子處理器因此達到了‘量子至上’的狀態。”
IBM潑冷水，呼籲業界都來質疑
據瞭解，傳統計算機和量子計算機截然不同。當傳統計算機用“位”進行計算時，它必須是0或1，而量子計算機有“量子位”，可以取0到1之間的任何值。
以“666”這個數字舉例，用傳統計算機的二進制表示，它是“1011011010”，需10個電子比特；而量子計算機的表達方式，可以是66.6%概率的狀態A加上33.4%概率的狀態B，只用1個量子比特就能表達該數字，效率比前者高10倍。
事實上，量子計算機比傳統計算機更具優勢的概念可以追溯到1980年代初期。到了2012年，加州理工學院教授約翰·普雷斯基爾又創造了“量子霸權”（Quantum Supremacy）一詞。
谷歌Sycamore量子芯片。圖源：谷歌
所謂的“量子霸權”是指當量子計算機發展到50個比特時，計算能力將全面超越世界上最快的傳統計算機，實現“稱霸”。而谷歌和IBM，也已分別於2017年11月和2018年3月宣稱實現了50個和72個量子位的原型機。
當然，作為谷歌在量子計算機領域的最大競爭對手，IBM公司第一時間對它的宣言作出了回應。
IBM表示，谷歌的說法有誤導性，因為它的計算方式有漏洞，所以並沒有實現“量子霸權”這一遠大目標。而且，谷歌低估了IBM的超級計算機“Summit”，“它實際上可以在2.5天之內完成這些計算，若優化編程，這個時間還能縮短。”
同時，IBM還呼籲業界都抱持謹慎懷疑態度：“我們敦促業界用質疑的態度來對待這一歷史上的首次‘宣稱’，即量子計算機能夠實現經典計算機不能實現的任務。”為此，IBM還提出“量子優勢”概念，認為應該在一個真實應用場景，比如金融服務、AI、化學中，來對比量子計算機和經典計算機的工作。
堪比當年萊特兄弟？谷歌獲得眾多力挺
面對IBM的質疑，谷歌“量子霸權”組組長馬丁尼斯很自信：“我們期待著讓他們（IBM）查看我們的數據，並進一步驗證我們的結果。”而谷歌發言人則表示：“我們已經擺脫了傳統電腦，走上了完全不同的軌道。”
谷歌CEO桑德爾·皮查伊把此次成果比作“製作首枚到達太空的火箭”。皮查伊認為，這一突破是朝著使用量子計算機解決現實世界問題邁出的一步，比如發明新藥、設計更高效的電池、用更少的能源製造化肥等。
谷歌CEO桑德爾·皮查伊與聖巴巴拉實驗室內的量子計算器。圖源：法新社
馬里蘭大學物理學家、量子計算初創公司ioq聯合創始人克里斯托弗·門羅認為，谷歌的論文可能是量子計算領域的一個里程碑，但它本質上還是一篇學術論文。他說：“除了用來解決一些在使用普通電腦很難解決的問題之外，量子計算不太可能對所有事都產生影響。”
但門羅補充說，開發實用量子計算機的工作正在“前進”。他表示：“這些設備可能有助於解決一系列問題，從物流管理、大分子模擬到藥物研發……類似這樣的問題只能在量子計算機上解決。”
總部位於劍橋的量子軟件公司Riverlane首席執行官史蒂夫·布里爾利表示：“這顯然是一項了不起的成就。我認為，未來當人們回首過去，盤點‘真正改變量子計算領域的時刻’時，這一定是其中一個。我們應該停止談論具有負面內涵意味的‘量子霸權’，繼續談論量子優勢，這是一個有用的應用。”
在本期《自然》雜誌的另一篇文章中，美國麻省理工學院的物理學家威廉·奧利弗將谷歌的成就與萊特兄弟的首次飛行進行了比較——萊特飛行器並不是第一個能飛行的飛行器，也沒有解決當時的任何緊迫問題，但它展示了一種全新的可能性，其涵義在幾十年後才變得清晰。奧利弗說：“最重要的是事件所代表的內容，而不是它實際完成的內容。量子計算至上的第一次報告就是這樣。”
量子計算機的未來？運用領域廣泛
計算機科學家們普遍認為，要想使量子計算機變得有用和普遍，必須克服一些難以克服的障礙。但隨著科技公司投入巨資（迄今約10億美元，還有更多的資金在醞釀之中），如今許多研究人員都相信，在未來10年左右的時間裡，基本量子設備將與傳統計算機結合使用。
谷歌量子計算器。圖源：谷歌
科學家們期望量子計算機能產生影響的一個領域是藥物研發。在開發新藥的過程中，量子計算機能夠描繪出數以萬億計的分子組成，並將其中最可能有效的組合快速識別出，看看哪些分子或組合可能與生物分子結合，並在體內起到一些有效的作用。量子計算機的運算速度可以保證通過一次分析整個分子庫，來確定最有希望的候選藥物。
一些初創公司將量子計算機視為一種設計全新材料的手段，包括通過模擬其內部亞原子粒子的量子行為，設計出更高效的電池。此外，它還被認為可以在天氣預報領域證明自己強大的處理能力。將來，量子計算機也會被用於金融建模中，大量的變量決定著金融市場走勢，而量子計算可以幫助消除數據盲點，防止毫無根據的金融假設造成損失。
量子計算機的到來也許並不能讓每個人都感到高興。它原則上可以破解傳統計算機無法破解的加密，但這需要1億個量子比特位的計算能力，換句話說，是谷歌“Sycamore”量子處理器計算能力的近200萬倍。
紅星新聞記者 王雅林 羅天編譯報道
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