誰(shuí)也沒(méi)想到“量子霸權(quán)”竟以如此戲劇性的方式到來(lái)。一個(gè)多月前，谷歌公司一篇聲稱首次實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的論文被泄露到網(wǎng)上，引發(fā)諸多議論乃至質(zhì)疑。10月23日，英國(guó)《自然》雜志正式發(fā)表這篇論文，又“一石激起千層浪”。

什么是“量子霸權(quán)”?人類(lèi)首次實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”了嗎?中國(guó)量子計(jì)算研究離這個(gè)里程碑還有多遠(yuǎn)?

何為“量子霸權(quán)”

“量子霸權(quán)”是量子計(jì)算研究中的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。中國(guó)科技大學(xué)研究超導(dǎo)量子計(jì)算的朱曉波教授接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)：“如果量子計(jì)算機(jī)在某個(gè)特定問(wèn)題上的計(jì)算能力超過(guò)了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，那么就被認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了‘量子霸權(quán)’。”

學(xué)術(shù)界也有觀點(diǎn)指出，量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“霸權(quán)”，不能只限于某個(gè)特定問(wèn)題，而是要能在更多實(shí)用性問(wèn)題上超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。因此有學(xué)者又提出了“量子優(yōu)勢(shì)”或“量子優(yōu)越”等概念。不過(guò)，“量子霸權(quán)”這個(gè)概念已經(jīng)有了廣泛影響力。

“量子霸權(quán)”意義何在?現(xiàn)在公認(rèn)量子計(jì)算機(jī)有超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的潛力，“量子霸權(quán)”就是這一發(fā)展過(guò)程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

“這有點(diǎn)像熱兵器的發(fā)展史，使用火藥的熱兵器剛出現(xiàn)的時(shí)候，威力可能還不如弓箭等冷兵器，但在某一個(gè)點(diǎn)上，熱兵器的威力超過(guò)了冷兵器，從此以后就走上了快速發(fā)展的道路。”朱曉波說(shuō)。

因此，世界各個(gè)科技發(fā)達(dá)國(guó)家都在競(jìng)相追逐“量子霸權(quán)”。歐盟近年推出了量子技術(shù)旗艦計(jì)劃，美國(guó)政府機(jī)構(gòu)也在與科技企業(yè)巨頭合作研發(fā)，一個(gè)多月前，谷歌這篇論文就是在美國(guó)航天局下屬機(jī)構(gòu)的網(wǎng)站上短暫出現(xiàn)又被刪除。國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)、微軟、英特爾等歐美科技企業(yè)也通過(guò)不同技術(shù)路徑不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)更多量子比特的操縱。

谷歌實(shí)現(xiàn)了什么

谷歌公司首席執(zhí)行官孫達(dá)爾·皮柴接受媒體采訪時(shí)說(shuō)，此次成果在量子計(jì)算發(fā)展史上的地位，可媲美飛行史上萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)時(shí)成功的12秒首次試飛。

谷歌在《自然》雜志上發(fā)表的論文顯示，最新實(shí)驗(yàn)基于一個(gè)包含54個(gè)量子比特的量子芯片“西克莫”。不過(guò)，由于有1個(gè)量子比特?zé)o法有效工作，處理器實(shí)際只用了53個(gè)量子比特。研究團(tuán)隊(duì)說(shuō)，由這個(gè)處理器在200秒內(nèi)完成的一項(xiàng)任務(wù)，如果用當(dāng)前全球最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)完成需要約一萬(wàn)年。

對(duì)于谷歌宣稱實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，業(yè)內(nèi)專家看法不一?！蹲匀弧冯s志專門(mén)為這篇論文配發(fā)了社論和觀點(diǎn)文章等，認(rèn)為谷歌的實(shí)驗(yàn)成功實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。美國(guó)麻省理工學(xué)院教授威廉·奧利佛在觀點(diǎn)文章中說(shuō)，這是量子計(jì)算領(lǐng)域的“里程碑”和“非凡成就”。

不過(guò)，量子計(jì)算賽道另一位“重量級(jí)選手”IBM卻對(duì)此提出質(zhì)疑。針對(duì)此前被泄露到網(wǎng)上的論文，IBM研究人員約翰·岡納爾斯等人21日在阿奇夫論文預(yù)印本網(wǎng)站上貼出一篇論文，承認(rèn)谷歌的實(shí)驗(yàn)非常好地展示了基于超導(dǎo)的量子計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)展，但認(rèn)為，谷歌的量子計(jì)算機(jī)與現(xiàn)有超級(jí)計(jì)算機(jī)之間的差距并沒(méi)有那么大，不應(yīng)被視為實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。

他們認(rèn)為，谷歌在用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬時(shí)優(yōu)化水平不夠，按IBM的計(jì)算，現(xiàn)有最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)只需要2.5天就能完成前述計(jì)算任務(wù)，甚至還可能更快。

北京量子信息科學(xué)研究院研究員金貽榮接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)，谷歌最新正式發(fā)表的論文與之前在網(wǎng)上泄露的版本相比，他沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有太大的差別。也就是說(shuō)，IBM的質(zhì)疑對(duì)于最新發(fā)表的論文仍然有效。

實(shí)際應(yīng)用有多遠(yuǎn)

金貽榮認(rèn)為，“谷歌用來(lái)演示量子霸權(quán)的算法是毫無(wú)意義的，它不解決任何問(wèn)題，其目的就是為了展示量子計(jì)算的潛力”。他提到，IBM近來(lái)倡導(dǎo)的“量子優(yōu)勢(shì)”概念，是要針對(duì)真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，展現(xiàn)出量子計(jì)算機(jī)超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的能力。

IBM負(fù)責(zé)量子戰(zhàn)略和生態(tài)的副總裁羅伯特·蘇托爾此前接受新華社記者采訪時(shí)指出，“量子霸權(quán)”這一概念本身并不具有太大意義，怎樣利用量子計(jì)算機(jī)幫助人類(lèi)解決金融、物流、醫(yī)藥等行業(yè)實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題，才是量子計(jì)算真正的發(fā)展方向。

或許很多重要技術(shù)誕生之初都離實(shí)用較遠(yuǎn)。威廉·奧利佛說(shuō)，萊特兄弟發(fā)明的第一架飛機(jī)并不能解決運(yùn)輸?shù)热魏螌?shí)際問(wèn)題，但打開(kāi)了一個(gè)新時(shí)代的大門(mén)。

量子計(jì)算還有多久才能投入實(shí)用?有專家預(yù)計(jì)可能還需十年。不過(guò)朱曉波表示，在谷歌展示“量子霸權(quán)”后，大家希望未來(lái)三到五年內(nèi)，使專用量子計(jì)算機(jī)在有重要實(shí)用價(jià)值問(wèn)題上的處理能力超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)。

在量子計(jì)算賽道，中國(guó)研究人員也在奮起直追。中國(guó)科技大學(xué)以及浙江大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員都已成功研制了20個(gè)量子比特的量子處理器，正在研制50個(gè)量子比特以上的量子處理器，與谷歌相比僅落后一到兩年。阿里巴巴、騰訊和百度等科技企業(yè)也相繼布局量子計(jì)算。

“也就是說(shuō)，一到兩年后，我們中國(guó)人也可能實(shí)現(xiàn)自己的‘量子霸權(quán)’。”朱曉波說(shuō)。