陳根：量子霸權，全球競爭_風聞

文|陳根

當前，在全球範圍內，多國政府不斷出台支持量子信息技術的發展戰略，下撥大量資金用於以量子計算為主的量子信息技術研究。量子霸權的爭奪持續為人們所關注。

量子霸權並不具有像其詞義所表示的政治含義，而是一個單純的科學術語，是説量子計算機在某個問題上超越現有的最強的經典計算機而稱為“量子優越性”，也叫“量子霸權”。

基於量子的疊加性，許多量子科學家認為，量子計算機在特定任務上的計算能力將會遠超任何一台經典計算機。但從目前來看，實現量子霸權仍然是一場持久戰。究其原因，則與量子霸權實現的條件相關。

很長一段時間裏，量子計算機的優越性都只針對特定任務。比如，谷歌的量子計算機就針對的是一種叫做“隨機線路採樣（Random Circuit Sampling）”的任務。一般來説，選取這種特定任務的時候，需要經過精心考量，該任務最好比較適合已有的量子體系，同時對於經典計算來説很難模擬。

這意味着，**量子計算機並不是對所有的問題都超過經典計算機，而是隻對某些特定的問題超過經典計算機，因其對這些特定的問題設計出高效的量子算法。**對於沒有量子算法的問題，量子計算機則不具有優勢。

事實上，這也是繼“Sycamore”之後中國團隊宣佈量子計算機“九章”實現量子霸權的創造性突破所在。其中，“懸鈴木”量子優越性的實現依賴其樣本數量。事實上，雖然採集100萬個樣本時，“懸鈴木”僅需要 200 秒，超算 Summit 則需要 2 天，量子計算相比於超級計算機有優越性。

但如果採集 100 億個樣本的話，經典計算機仍然只需要2天，可是“懸鈴木”卻需要 20 天才能完成這麼大的樣本採樣。在這樣的條件下，量子計算反而喪失了優越性。

然而，“九章”所解決的高斯玻色採樣問題，其量子計算優越性不依賴於樣本數量。同時，從等效速度來看，“九章”在同樣的賽道上，比“懸鈴木”還快了一百億倍。根據目前最優的經典算法，“九章”花 200 秒採集到的 5000 個樣本，如果用我國的“太湖之光”，需要運行 25 億年，如果用目前世界排名第一的超級計算機“富嶽”，也需要 6 億年。

此外，在態空間方面，“九章”也以輸出量子態空間規模達到 1030 的優勢遠遠優於“懸鈴木”。可以説，“九章”的出色表現，牢固確立了中國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，更是量子計算領域的一個重大成就。

更廣泛地説，掌握控制作為量子比特的光子的能力是構建任何大規模量子互聯網的先決條件。但總的來説，不論是從量子計算的數量還是精度，是經典計算的潛力或者侷限，量子計算和經典計算的競爭都將是一個長期的動態過程。