“量子霸权”术语为何遭到反对？

光子盒研究院出品 

2012年，量子物理学家John Preskill提出：“我们希望能有一天，让控制良好的量子系统能够完成超越经典世界所能完成的任务。”

不到十年，两个量子计算系统就达到了这个目标：谷歌的Sycamore和中国科学技术大学的九章。两者都解决了精心设计的问题，而经典计算机不可能快速解决这些问题。比如，解决一个“九章”耗时200秒的问题，即使是最快的超级计算机估计也需要至少20亿年的时间。

在描述当时看似遥不可及的目标时，Preskill给它起了一个名字：“量子霸权”(quantum supremacy)。在当时的一篇博文中，他解释说：“我对这个词并不完全满意，如果读者能提出更好的建议，我会很高兴。”

美国圣安塞尔姆学院物理系主任Ian Durham对此也不满意，他认为，无论是出于社会还是科学的原因，物理学界应该对其语言使用更加谨慎。即使在物质和能量的深奥领域，语言也很重要，因为物理学是由人来完成的。

霸权(supremacy)一词的解释是“拥有比任何人都大的权力、权威或地位”，甚至会让美国人联想到“白人至上”(white supremacy)一词。在美国当代英语语料库(COCA)中，“白人至上”出现的频率比下一个最常用的短语“司法至上”(judicial supremacy)高15倍。

这个问题不仅仅局限于英语。值得注意的是，中国科学技术大学九章团队避免了使用“量子霸权”的说法，而是“量子优越性”。因为在汉语中，“霸权”这个词的意思也有令人不适的负面含义。

近年来，白人至上主义运动在全球各地特别是在美国发展壮大，部分原因是对黑人人权运动(Black Lives Matter)的种族主义反弹。

正如Preskill最近承认的那样，这个词不可避免地“唤起了令人反感的政治立场”。

过去几年，“量子霸权”也成了主流媒体的流行词。这个词代表的“统治或支配”含义可能助长了不合理的炒作，例如量子计算机将很快使经典计算机过时的想法。

于是有人提出了更温和的替代术语——quantum advantage、quantum computational supremacy和quantum ascendancy，但还没有一个取代了Preskill最初的quantum supremacy。像“含噪中型量子计算”(NISQ)这样的更复杂的提议和像“量子非无用性”(quantum non-uselessness)这样的半开玩笑的建议也同样没能取代“霸权”一词。

Ian Durham等人提出了另一个替代方案，他们认为这个词简洁地抓住了科学的含义，避免了太多的炒作，关键是与种族主义无关：quantum primacy。可以翻译为“量子首要性”。

通过论证quantum primacy，他们希望阐明一些社会和科学问题。

美国总统拜登在给他的科学顾问生物学家 Eric Lander的信中问道:“我们如何才能确保所有背景的美国人都被吸引到科学技术的创造和回报中来？”一个小小的变化可能是人们使用的语言。例如，在激进分子的压力下，GitHub放弃了“主/从”(master/slave)术语。

Ian Durham说：“如果物理学、计算机科学和工程学更加多样化，也许我们就不会继续讨论这个问题了，我们中的一个人大约在四年前写过这个问题。”但在美国，只有2%的物理学学士学位授予黑人学生，拉丁裔工程师不到7%，而女性在物理学正教授中仅占12%，这是一个必须进行的对话。从目前的情况来看，“量子霸权”可能会让人觉得雪上加霜。

随着量子计算引起了实验室和学术界以外公众的广泛兴趣，围绕“量子霸权”的辩论不可避免地会被纳入更广泛的文化战争。

在2019年，一篇给《自然》杂志的短文指出，量子计算社区应该采用不同的术语，以避免暴力、新殖民主义和种族主义的色彩。几天之内，《华尔街日报》的保守党社论就开始关注这一争议，抨击了“quantum wokeness”(wokeness尤指对社会问题如不平等、种族主义等的意识、觉醒)，并暗示改变这个词将是一个“滑坡效应”(slippery slope)，最终导致取消美国歌手Diana Ross的The Supremes组合。

语言学家Steven Pinker参与其中，他认为“应该抵制学术界对词汇的严格禁止。它简化了对语言的理解：词义是约定俗成的，而不是有魔力的咒语，所有的词都有多重意义，不同上下文中是有区别的。此外，它使学术界成为笑柄，对无辜者施压，而对打击实际的种族主义和性别歧视毫无作用。”

然而Ian Durham表示，诚然“霸权(supremacy)”不是一个神奇的词，但Pinker忽略了“量子霸权”的背景，物理学历史上是一个由白人、男性主导的学科。

也许支持“量子霸权”的最有说服力的论点，在于它可以用来重新定义这个词。如果“量子霸权”比“白人至上”普遍15倍，那就另当别论了。然而，必须说明谁在重新定义。是由黑人科学家和其他在物理学中代表性不足的少数族裔领导的吗？情况显然不是这样。

Ian Durham指出，为了取代“霸权”一词，需要有一个深思熟虑的谈话。但是目前没有任何替代方案能做到这一点，而这关系到真正棘手的科学。

看看“量子优势”(quantum advantage)的含义，一个优势可能是一个阶梯，使它更容易达到一个高的架子，或者在比赛中领先一步。有些量子算法是这样的。Grover搜索算法只能实现平方加速，因此运行Grover算法的量子计算机可能在10分钟内会解决一个花费经典计算机100分钟的问题。

不错！这绝对是一个优势，尤其是当运行时间变长时，但它不能与一些量子加速相比。

也许最著名的量子加速来自Shor算法，相比最好的经典算法，它可以通过指数加速的方式找到数字的因子(例如5和3是15的因子)。虽然经典计算机可以处理小数字，但每一个数字都要付出代价。例如，一台经典计算机可以在几秒钟内计算出一个100位的数字，但是一个1000位的数字需要几十亿年的时间，运行Shor算法的量子计算机可以在一小时内完成。

当量子计算机能够有效地做经典计算机无法做到的事情时，它们就有了比“优势”(quantum advantage)更多的东西。Ian Durham认为，primacy在很大程度上体现了这一意义。primacy的意思是“卓越的地位”或“处在第一的状态”。此外，它还与prime和primality等数学术语共享一个拉丁词根（primus，意思是“第一”）。

虽然量子计算机可能是第一个解决特定问题的，但这并不意味着它们将占据主导地位；他们希望“量子首位性”(quantum primacy)有助于避免暗示经典计算机将会过时。

这一点尤其重要，因为量子首位性是一个不断向前的目标。经典计算机和经典算法能够而且正在改进，因此量子计算机必须变得越来越大、越来越好，才能保持领先。

这些语言修补程序甚至没有达到科学多样化的最低限度；目前最重要的工作是雇佣和留住科学家，并对科学界进行实质性的改变，以减少白人和男性的比例。但是，如果反对改进科学语言的话，就说明了科学语言多样化面临更大的障碍，这是我们必须进行的对话。

物理学家可能更喜欢用真空来计算，但科学并不是在真空中发生的。它位于更广泛的社会和政治格局中，这种格局既塑造研究者的决策，也由研究者的决策塑造。

来源：

https://www.scientificamerican.com/article/physicists-need-to-be-more-careful-with-how-they-name-things/

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