“量子霸權(quán)”來了，中國如何發(fā)力

　　“量子霸權(quán)”一石激起千層浪。10月24日，《自然》雜志刊發(fā)了谷歌公司的一篇論文。在該論文中谷歌表示，其開發(fā)出一款54量子比特數(shù)(其中53個量子比特可用)的超導(dǎo)量子芯片“Sycamore”。基于Sycamore，谷歌對一個53比特、20深度的電路采樣一百萬次只需200秒。而目前最強(qiáng)的經(jīng)典超級計算機(jī)Summit要得到類似的結(jié)果，則需要一萬年。基于這一突破，谷歌宣稱其率先實現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。

　　在接受媒體采訪時，谷歌首席執(zhí)行官Sundar Pichai認(rèn)為，該研究成果對谷歌來說具有里程碑式的意義，并將其與萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)相比。

　　真的“霸權(quán)”了嗎?

　　谷歌剛剛宣稱實現(xiàn)“量子霸權(quán)”，同樣在量子計算領(lǐng)域深耕的IBM就提出了質(zhì)疑。

　　IBM研究人員在發(fā)表的論文中寫道，谷歌在實驗中并沒有充分挖掘超級計算機(jī)的潛力。如果按照IBM的方法來對超級計算機(jī)進(jìn)行編程，僅需2.5天就能完成谷歌論文中量子計算機(jī)耗時200秒的任務(wù)。

　　對此，中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實驗室副主任、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭國平向《中國科學(xué)報》解釋道，谷歌“一萬年”結(jié)論的得出，是基于量子計算特性，相對經(jīng)典計算機(jī)效率提升“粗暴計算得出的數(shù)字”，并沒有考慮現(xiàn)在超級計算機(jī)在存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)刃阅苌系膬?yōu)化。

　　“量子霸權(quán)”這一概念最早由加州理工學(xué)院理論物理學(xué)家John Preskill在2011年的一次演講中提出，也可翻譯為“量子優(yōu)越性”或“量子優(yōu)勢”。衡量量子計算機(jī)實現(xiàn)“量子霸權(quán)”的標(biāo)準(zhǔn)是：能比經(jīng)典計算機(jī)更好地解決一個特定計算問題。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子物理與量子信息研究部教授朱曉波告訴《中國科學(xué)報》，這是人類首次實驗演示在一個計算復(fù)雜度被嚴(yán)格證明的問題上，量子計算機(jī)相較于經(jīng)典計算機(jī)有著壓倒性優(yōu)勢，因此有著重要的里程碑式意義。

　　不過，他同時指出，由于谷歌此次只是將之應(yīng)用在某一個特定問題上，且該問題目前還沒有任何實用價值，因此不少同行認(rèn)為其稱自己實現(xiàn)“量子霸權(quán)”有過分夸大的嫌疑。有一派學(xué)者主張稱之為“量子優(yōu)越性”。

　　是否進(jìn)入計算新時代?

　　谷歌此次成果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。

　　“谷歌確實開辟了量子計算機(jī)的新紀(jì)元。”國內(nèi)某知名高校物理系一位要求匿名的教授說，當(dāng)量子計算機(jī)可以操控53個量子比特的時候，它就不再是個“玩具”了。

　　朱曉波亦認(rèn)為，盡管它距離發(fā)展成可實用的計算機(jī)還有很遙遠(yuǎn)的路要走，但這是量子計算機(jī)的一個起點(diǎn)。

　　郭國平則認(rèn)為，Sundar Pichai關(guān)于“萊特兄弟試飛飛機(jī)”的類比還有一層含義。那就是，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(jī)剛發(fā)明出來時連小馬駒都跑不過”是一個道理。但是，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用基礎(chǔ)研究，谷歌一直堅持在做，這才是最重要的。

　　郭國平作了一個類比：“量子計算機(jī)好比剛誕生的熱兵器，使用火藥的熱兵器剛出現(xiàn)的時候，威力可能還不如弓箭等冷兵器。但是，在某一個點(diǎn)上，熱兵器勝過冷兵器一籌，從此以后可能就會走上快速發(fā)展的道路。”

　　中國何時實現(xiàn)?

　　近年來，我國在量子計算相關(guān)領(lǐng)域的投入非常可觀，并由此取得了諸多成果。

　　“我國在超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域近年來進(jìn)展迅速。”朱曉波告訴記者，以中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)和中國科學(xué)院物理所等為代表的單位先后創(chuàng)造了10個、12個、18個量子比特糾纏的新紀(jì)錄，在國際上已經(jīng)躋身一流的研究團(tuán)隊。

　　此外，清華大學(xué)、南京大學(xué)、中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所等高校院所，以及華為、騰訊、百度等企業(yè)，也在量子計算領(lǐng)域有相關(guān)研究或布局。

　　朱曉波表示，從公開發(fā)表的論文來看，在量子處理器所集成的數(shù)量以及性能等綜合指標(biāo)上，“我國與谷歌存在一定的差距，但并沒有明顯的代差”。

　　“我們前期已經(jīng)突破了20個量子比特的超導(dǎo)量子計算技術(shù)，正在攻關(guān)50量子比特。如果能有效地組織起國內(nèi)的核心力量，并提供足夠的資源支撐，有望在兩三年內(nèi)迎頭趕上。”朱曉波說。

　　在量子計算機(jī)領(lǐng)域有著深刻研制體會的郭國平則認(rèn)為，不能低估實現(xiàn)量子計算機(jī)的工程技術(shù)難度。因為要實現(xiàn)量子計算機(jī)，很大一部分工作就是解決工程實現(xiàn)問題。

　　中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實驗室主任郭光燦認(rèn)為，中國要在量子計算領(lǐng)域迎頭趕上，還需要做到兩點(diǎn)：一是改變現(xiàn)在分散的格局，因為“游擊戰(zhàn)競爭不過大兵團(tuán)”;二是摒棄以論文為導(dǎo)向的做法。

　　“以前經(jīng)費(fèi)投到量子計算機(jī)這個主流方向上的很少，必須大力投入。與此同時，如果以論文為導(dǎo)向的做法不改變，投入再多錢也難以趕上。”郭光燦說。
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