“量子霸权”来了，中国如何发力

作者 | 赵广立 陈欢欢

发表在《中国科学报》 (2019-10-25 第1版 要闻)

“量子霸权”一石激起千层浪。

10月24日，《自然》杂志刊发了谷歌公司的一篇论文。在该论文中谷歌表示，其开发出一款54量子比特数（其中53个量子比特可用）的超导量子芯片“Sycamore”。

基于Sycamore，谷歌对一个53比特、20深度的电路采样一百万次只需200秒。而目前最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果，则需要一万年。

基于这一突破，谷歌宣称其率先实现了“量子霸权”。

在接受媒体采访时，谷歌首席执行官Sundar Pichai认为，该研究成果对谷歌来说具有里程碑式的意义，并将其与莱特兄弟发明飞机相比。

真的“霸权”了吗？

谷歌刚刚宣称实现“量子霸权”，同样在量子计算领域深耕的IBM就提出了质疑。

IBM研究人员在发表的论文中写道，谷歌在实验中并没有充分挖掘超级计算机的潜力。如果按照IBM的方法来对超级计算机进行编程，仅需2.5天就能完成谷歌论文中量子计算机耗时200秒的任务。

对此，中国科学院量子信息重点实验室副主任、中国科学技术大学教授郭国平向《中国科学报》解释道，谷歌“一万年”结论的得出，是基于量子计算特性，相对经典计算机效率提升“粗暴计算得出的数字”，并没有考虑现在超级计算机在存储、网络传输等性能上的优化。

“量子霸权”这一概念最早由加州理工学院理论物理学家John Preskill在2011年的一次演讲中提出，也可翻译为“量子优越性”或“量子优势”。

衡量量子计算机实现“量子霸权”的标准是：能比经典计算机更好地解决一个特定计算问题。

中国科学技术大学量子物理与量子信息研究部教授朱晓波告诉《中国科学报》，这是人类首次实验演示在一个计算复杂度被严格证明的问题上，量子计算机相较于经典计算机有着压倒性优势，因此有着重要的里程碑式意义。

不过，他同时指出，由于谷歌此次只是将之应用在某一个特定问题上，且该问题目前还没有任何实用价值，因此不少同行认为其称自己实现“量子霸权”有过分夸大的嫌疑。

有一派学者主张称之为“量子优越性”。

是否进入计算新时代？

谷歌此次成果是否为人类开启了计算的新时代？对此，专家们有着自己的理解。

“谷歌确实开辟了量子计算机的新纪元。”国内某知名高校物理系一位要求匿名的教授说，当量子计算机可以操控53个量子比特的时候，它就不再是个“玩具”了。

朱晓波亦认为，尽管它距离发展成可实用的计算机还有很遥远的路要走，但这是量子计算机的一个起点。

郭国平则认为，Sundar Pichai关于“莱特兄弟试飞飞机”的类比还有一层含义。那就是，莱特兄弟首次成功试飞只离开地面飞行了12秒，这跟“蒸汽机刚发明出来时连小马驹都跑不过”是一个道理。

但是，从基础研究到应用基础研究，谷歌一直坚持在做，这才是最重要的。

郭国平作了一个类比：“量子计算机好比刚诞生的热兵器，使用火药的热兵器刚出现的时候，威力可能还不如弓箭等冷兵器。但是，在某一个点上，热兵器胜过冷兵器一筹，从此以后可能就会走上快速发展的道路。”

中国何时实现？

近年来，我国在量子计算相关领域的投入非常可观，并由此取得了诸多成果。

“我国在超导量子计算领域近年来进展迅速。”朱晓波告诉记者，以中国科学技术大学、浙江大学和中国科学院物理所等为代表的单位先后创造了10个、12个、18个量子比特纠缠的新纪录，在国际上已经跻身一流的研究团队。

此外，清华大学、南京大学、中国科学院武汉物理与数学研究所等高校院所，以及华为、腾讯、百度等企业，也在量子计算领域有相关研究或布局。

朱晓波表示，从公开发表的论文来看，在量子处理器所集成的数量以及性能等综合指标上，“我国与谷歌存在一定的差距，但并没有明显的代差”。

“我们前期已经突破了20个量子比特的超导量子计算技术，正在攻关50量子比特。如果能有效地组织起国内的核心力量，并提供足够的资源支撑，有望在两三年内迎头赶上。”朱晓波说。

在量子计算机领域有着深刻研制体会的郭国平则认为，不能低估实现量子计算机的工程技术难度。因为要实现量子计算机，很大一部分工作就是解决工程实现问题。

中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿认为，中国要在量子计算领域迎头赶上，还需要做到两点：一是改变现在分散的格局，因为“游击战竞争不过大兵团”；二是摒弃以论文为导向的做法。

“以前经费投到量子计算机这个主流方向上的很少，必须大力投入。与此同时，如果以论文为导向的做法不改变，投入再多钱也难以赶上。”郭光灿说。

《中国科学报》 (2019-10-25 第1版 要闻)

▼往期精彩回顾▼