谷歌公司在10月23日宣佈實現量子霸權
谷歌公司10月23日宣佈，在量子計算領域取得里程碑式的突破，一臺最新型號的實驗量子處理器能夠在200秒內實現傳統超級計算機需要1萬年才能完成的複雜運算任務。這是一種使用“量子邏輯”運算的前沿科技，利用“電子”或“光子”顆粒進行計算，比普通二進制系統有指數級提升的計算速度。
在理論上，量子計算機（Quantum computer）一直被認為擁有高於超算的性能，谷歌則在世界範圍內首次通過實驗加以證明。而量子計算機作為繼人工智能（AI）等之後的革新性技術受到期待，正朝著實用化目標前進。專家指出，量子計算將為人工智能、密碼破譯、生物科技和交通等領域帶來巨大的飛躍。
不過，谷歌的競爭對手國際商業機器股份有限公司（IBM）對谷歌宣稱技術突破的一個關鍵問題提出了質疑。谷歌公司回應稱，儘管利用一臺處理機完成一次計算可能是有限的，但這只是第一步。谷歌首席執行官桑德爾·皮查伊說：“首架飛機僅僅飛行了12秒鐘，所以沒有實際的應用價值。但這顯示出飛機是可以飛的。”
布洛赫球面，對二階量子系統之純態空間的幾何表示法，是建立量子計算機的基礎。
根據量子物理學的理論，量子計算是高速信息處理的新一代科技。在數字社會，不管是聲音、文本、圖像還是遺傳基因，任何信息都可以數值化為“0”或者“1”，然後通過現代計算機運用以1到0字節為代表的電子或光學的脈衝流實行處理；而電腦處理的信息是長串的二進制數據，從YouTube上的彩虹貓視頻到新聞故事的數據傳輸都是如此。
正如曾經屬於超級計算機的性能目前可以在智能手機上實現一樣，在最近半個世紀，計算機取得了顯著進步。這得益於半導體的性能在1年半時間裡翻番的摩爾定律。（摩爾定律揭示了信息技術進步的速度。意指當價格不變時，集成電路上可容納的元器件數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這樣，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。）但是，計算機的基本原理自計算機之父阿蘭·圖靈（Alan Turing）提出以來，卻一直沒有變化。
谷歌開發的量子計算機利用量子力學這一甚至困擾過愛因斯坦的物理力量，藉助只在原子和電子等微小世界發生的現象，能使搭載於光粒子上的信息瞬間達到地球的另一面，還能在密碼被破解的瞬間刪除信息。
量子比特由受控粒子和控制方法組成
量子計算機正是基於被稱為“量子力學”的物理法則運行。傳統的計算機以“0”或“1”表示信息，量子計算機的特點則是利用“既是0也是1”的特殊狀態，可一次性處理大量信息。運算的次數隨之減少，並可瞬間完成計算。
據谷歌23日發佈的消息，本次試驗結果表明，對於最尖端超級計算機需要約1萬年的問題，量子計算機僅以3分20秒完成解答。而谷歌的量子計算機更實現了53個“量子比特”（quantum bit），將有可能解開大部分傳統超級計算機再怎麼進步也很難解開的問題，從而證實並確立了“量子霸權”。所謂量子霸權，指的是量子計算機能解決對傳統計算機來說極為困難的運算問題的性能，這是全球高科技產業和研究機構多年來的奮鬥目標。
一臺量子計算機使用的“量子比特”，即電子或光子等亞原子顆粒。對這些亞原子顆粒實現有效操控就能比普通二進制數據處理產生更強的計算力和更高的計算速度。而“一個量子比特”，是日本東京大學教授中村泰信在NEC擔任研究員時第一次實現的。
谷歌2013年建立量子人工智能實驗室，引進美國加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校等研發團隊，一直積極推動量子計算機的開發。這次，谷歌利用將0與1組合起來的53個“量子比特”，實際驗證了大大超越超級計算機的卓越性能。
IBM開發的量子計算機內部系統
IBM也在努力實現“量子霸權”這個目標，它對谷歌確立量子霸權的說法提出了質疑。理由是一臺現代計算機也可在兩天半的時間裡同樣理想地解決谷歌的問題，而不是谷歌所聲稱的一萬年。IBM公司還指出，量子霸權地位只有在“量子計算機能夠完成傳統計算機無法完成的工作時”，才算真正確立。IBM認為，谷歌僅僅是完成了一次“可畏的挑戰”，但並沒有跨越（量子霸權）那道門檻。
IBM早在2016年便經由雲平臺向外部用戶公開了量子計算機。除超過15萬的全球註冊用戶外，IBM還與德國戴姆勒和美國摩根大通等近80家大型企業等攜手推進研究。
在日本，IBM在慶應義塾大學設有合作基地，有銀行和大型化學企業參加，如火如荼地開展劃時代的藥物、原材料開發及金融市場風險預測等研究。
但是，對於人類科學技術進步而言，如果說AI是軟件的革命，那麼量子霸權應該是硬件的革命。隨著量子霸權早晚變成現實，計算機的開發歷史必將寫下嶄新一頁。雖然可支持廣泛運算的量子計算機仍需要較長時間研製，但它有望較快用於AI運算、金融風險預測和化學實驗等方面，而關於量子計算機運用具體方式等的研究，亦將加速。
谷歌開發量子計算機內部系統
3年半前，使用深度學習的AI在圍棋比賽中破天荒的擊敗了人類最強專業圍棋選手，舉世震驚。之後，AI迅速進化和普及，不僅改變科技產業及金融行業，還改變了教育、就業與政治、軍事的應有狀態。
不過，要通過AI掌握現代社會上充斥著的海量大數據、進而“預測”未來的話，以當前的計算能力仍遠遠跟不上需求。數據中心的巨大化及隨之而來的能源消耗量的爆炸式增長就是具體表現。而谷歌、IBM等啟動量子計算機的研究，乃因傳統計算機源於半導體微細加工的性能提高開始面臨極限。由於AI等的問世，人類急需能夠處理龐大數據的計算機。
量子計算機因具備超強計算能力，甚至令現有的超級計算機被稱為“傳統計算機”。如果廣泛運算能達到50-100量子比特，並研發出“噪聲中等規模量子”（NISQ）計算機，量子計算機與AI協作所產生的革命性創新威力將會十分驚人，並徹底重塑經濟、產業和社會現狀。
量子計算機帶來的顯而易見的影響有：
有助於緩解交通擁堵。因運算能力不足而未能解決的難題很多，例如緩解城市地區的交通擁堵。現在，無數的車輛按各自情況行駛，引發交通擁堵，短時間計算每輛車的行駛路線又較為困難。若使用量子計算機、向每輛車提出“不會引發交通擁堵的最佳路線”，有助於緩解擁堵。
推動新型醫療技術誕生。基於AI的圖像和語言等的處理能縮短時間和節能，發揮量子計算機的運算能力，還將推動根據個人體質而分別製造藥物的新型醫療誕生。
但量子計算機帶來的不僅僅是光明前景，革新性技術有時也會成為威脅。量子計算機存在著令網絡社會從根本上動搖的風險，當前，網絡通訊時對密碼等信息實施加密，即使是最新的超級計算機也需很長時間才能破解，所以加密被視為“安全”。但量子計算機或能輕易破解這種加密，這將對加密技術帶來很大挑戰。
量子計算機芯片
當然，量子計算機並不是馬上就能投入實用，谷歌“成功演示量子霸權”解開的還只是無用的課題。計算機行業盟主、與谷歌競爭開發量子計算機的IBM，就批評谷歌於10月23日在英國科學雜誌《自然》發佈的論文過度誇大。
IBM的大型機上市是在1964年，傳統計算機在那之前存在約20年的黎明期，“量子計算機也處於這種階段”。在計算機發展歷史上，時隔70多年後才剛剛出現革新的趨勢，而真正的量子計算機的實用化仍面臨很多難題。
同時，量子比特的狀態會在瞬間崩壞，也容易發生錯誤。如何才能使其保持穩定並不斷修正錯誤呢？要想製造量子計算機，還得持續克服很多必須攻破的技術大關。即使進展順利，估計也需要花上20-30年時間。
而且，量子計算的對象也存在合適與否的問題，量子計算機並不是在所有用途中都會超過超級計算機。估計個人電腦和智能手機未來不會被量子計算機取代。
儘管如此，谷歌的成果在控制“不可思議的量子世界”，為此前人類不清楚能否真正實現的量子計算機鋪平技術道路方面，仍然意義重大。
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