中國應該如何看待“量子霸權”之爭？_風聞

導讀

在實現量子計算的道路上，我們需要探索所有可能的途徑。無論是谷歌，還是IBM，還是科大，各個機構、國家和技術路線的百舸爭流，是這個領域蓬勃進步的最好景象。從增加研究投入，到培養更多人才，到向公眾普及量子科學，我們可做的和需要做的有很多。

注：風雲之聲內容可以通過語音播放啦！讀者們可下載訊飛有聲APP，聽公眾號，查找“風雲之聲”，即可在線收聽~

英國《自然》雜誌近日刊登谷歌關於實現“量子霸權”的論文，引起輿論轟動。對大多數非專業人士來説，很容易產生的疑問是，谷歌所提到的“霸權”，究竟指的是美國高科技對其他國家的領先優勢，還是谷歌對其他企業的競爭優勢？

實際上，量子霸權是一個科學術語，跟國際政治無關。它指的是，量子計算機在某個問題上遠遠超過現有的計算機。

從更大的背景上説，當今物理學的兩大基礎理論之一叫做量子力學，另一個是相對論。對微觀世界的描述，都離不開量子力學。近30多年來，量子力學和信息科學結合，產生了一個新興學科“量子信息”，包括量子通信和量子計算。

量子信息學科內容

量子計算機還沒有達到實用的程度，但它的潛力是巨大的。傳統計算機的基本單元是“比特”，即一個體繫有且僅有兩個可能的狀態，好比一個開關。而量子計算機的基本單元是“量子比特”，它好比一個旋鈕。一個比特只有兩個狀態，一個量子比特卻有無窮多個狀態。因此，量子計算機有可能做到傳統計算機做不到的事。

旋鈕

特別值得注意的是，量子計算機並不是幹什麼都特別快，而是隻對於某些特定的問題才特別快。但在這些特定的問題中，就包含一些非常重要的，例如破解密碼和搜索數據庫。因此，中美等國家和谷歌、IBM、阿里、騰訊等企業，都在投入巨資研究量子計算。

谷歌在《自然》雜誌上發表的論文宣稱，第一次對某個問題，量子計算機超越了目前最強的超級計算機，也就是説實現了量子霸權。這個問題是一個特別設計的有利於量子計算機的問題，可以理解為“檢驗一個量子隨機數發生器是不是真隨機”。

他們造了一個包含53個量子比特的芯片，花了200秒對一個量子線路取樣一百萬次，而現有的最強的超級計算機完成同樣的任務需要一萬年。200秒對一萬年，如果這是雙方的最佳表現，那麼確實是壓倒性的優勢。

谷歌論文圖4對量子霸權的演示，注意最右邊黑色箭頭上方的一萬年與中縫中的200秒的對比

但IBM貼出了一篇論文，指出傳統計算機並沒有谷歌認為的這麼弱。IBM給出了一個改進的算法，一下子把傳統計算機花費的時間從一萬年縮短到了兩天半。

IBM論文對加速算法的解釋，關鍵是用硬盤代替內存

所以開玩笑地説，現在的局面是這樣：

谷歌説：“一萬年太久！”

IBM説：“只爭朝夕！”

兩天半雖然還是比200秒長很多，但畢竟是可以實現的了。這樣一來，就大大沖淡了谷歌成果的意義。

這並不説明谷歌的成果就是個誇大其詞的“騙局”。我們重視量子計算，是因為它的潛力，而不是它的現狀。它的確具備革命性，只是還需要艱苦的努力，絕非一蹴而就，更不是已經處在商業盈利的邊緣，等着大家一哄而上。

話説回來，按照量子霸權這個詞原來的定義，只要超過傳統計算機就行，那麼200秒對2.5天也算是霸權了。只是原來谷歌還希望把傳統計算機打到算不動，這個目標現在被IBM的反對推遲了。

讀者可能想問，中國在量子計算領域怎麼樣？回答是：整體而言落後於美國，不過進步迅速，也在不斷取得重要成果。

例如，在《自然》雜誌發表谷歌論文的前一天，中國科學技術大學的潘建偉和陸朝陽等人上傳了一篇文章《用20個輸入光子在60模干涉儀中實現10的14次方態空間的玻色子取樣》。這個工作也是在對某個問題尋求實現量子霸權，這個問題叫做“玻色子取樣”。目前他們還沒有實現量子霸權，現有的超級計算機可以在幾個小時內完全驗證他們的結果。但關鍵指標“態空間大小”比以前的同類實驗增大了10個量級，因此這也是一條有希望的技術路線。

潘建偉和陸朝陽等人關於用玻色子取樣尋求實現量子霸權的文章

在實現量子計算的道路上，我們需要探索所有可能的途徑。無論是谷歌，還是IBM，還是科大，各個機構、國家和技術路線的百舸爭流，是這個領域蓬勃進步的最好景象。

水能載舟，亦可賽艇！

從增加研究投入，到培養更多人才，到向公眾普及量子科學，我們可做的和需要做的有很多。我們需要的不是恐慌，也不是狂熱，而是踏踏實實的努力。