中国应该如何看待“量子霸权”之争? | 袁岚峰
在实现量子计算的道路上,我们需要探索所有可能的途径。无论是谷歌,还是IBM,还是科大,各个机构、国家和技术路线的百舸争流,是这个领域蓬勃进步的最好景象。从增加研究投入,到培养更多人才,到向公众普及量子科学,我们可做的和需要做的有很多。
注:风云之声内容可以通过语音播放啦!读者们可下载讯飞有声APP,听公众号,查找“风云之声”,即可在线收听~英国《自然》杂志近日刊登谷歌关于实现“量子霸权”的论文,引起舆论轰动。对大多数非专业人士来说,很容易产生的疑问是,谷歌所提到的“霸权”,究竟指的是美国高科技对其他国家的领先优势,还是谷歌对其他企业的竞争优势?
实际上,量子霸权是一个科学术语,跟国际政治无关。它指的是,量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机。
从更大的背景上说,当今物理学的两大基础理论之一叫做量子力学,另一个是相对论。对微观世界的描述,都离不开量子力学。近30多年来,量子力学和信息科学结合,产生了一个新兴学科“量子信息”,包括量子通信和量子计算。
量子计算机还没有达到实用的程度,但它的潜力是巨大的。传统计算机的基本单元是“比特”,即一个体系有且仅有两个可能的状态,好比一个开关。而量子计算机的基本单元是“量子比特”,它好比一个旋钮。一个比特只有两个状态,一个量子比特却有无穷多个状态。因此,量子计算机有可能做到传统计算机做不到的事。
特别值得注意的是,量子计算机并不是干什么都特别快,而是只对于某些特定的问题才特别快。但在这些特定的问题中,就包含一些非常重要的,例如破解密码和搜索数据库。因此,中美等国家和谷歌、IBM、阿里、腾讯等企业,都在投入巨资研究量子计算。
谷歌在《自然》杂志上发表的论文宣称,第一次对某个问题,量子计算机超越了目前最强的超级计算机,也就是说实现了量子霸权。这个问题是一个特别设计的有利于量子计算机的问题,可以理解为“检验一个量子随机数发生器是不是真随机”。
他们造了一个包含53个量子比特的芯片,花了200秒对一个量子线路取样一百万次,而现有的最强的超级计算机完成同样的任务需要一万年。200秒对一万年,如果这是双方的最佳表现,那么确实是压倒性的优势。
但IBM贴出了一篇论文,指出传统计算机并没有谷歌认为的这么弱。IBM给出了一个改进的算法,一下子把传统计算机花费的时间从一万年缩短到了两天半。
所以开玩笑地说,现在的局面是这样:
谷歌说:“一万年太久!”
IBM说:“只争朝夕!”
两天半虽然还是比200秒长很多,但毕竟是可以实现的了。这样一来,就大大冲淡了谷歌成果的意义。
这并不说明谷歌的成果就是个夸大其词的“骗局”。我们重视量子计算,是因为它的潜力,而不是它的现状。它的确具备革命性,只是还需要艰苦的努力,绝非一蹴而就,更不是已经处在商业盈利的边缘,等着大家一哄而上。
话说回来,按照量子霸权这个词原来的定义,只要超过传统计算机就行,那么200秒对2.5天也算是霸权了。只是原来谷歌还希望把传统计算机打到算不动,这个目标现在被IBM的反对推迟了。
读者可能想问,中国在量子计算领域怎么样?回答是:整体而言落后于美国,不过进步迅速,也在不断取得重要成果。
例如,在《自然》杂志发表谷歌论文的前一天,中国科学技术大学的潘建伟和陆朝阳等人上传了一篇文章《用20个输入光子在60模干涉仪中实现10的14次方态空间的玻色子取样》。这个工作也是在对某个问题寻求实现量子霸权,这个问题叫做“玻色子取样”。目前他们还没有实现量子霸权,现有的超级计算机可以在几个小时内完全验证他们的结果。但关键指标“态空间大小”比以前的同类实验增大了10个量级,因此这也是一条有希望的技术路线。
在实现量子计算的道路上,我们需要探索所有可能的途径。无论是谷歌,还是IBM,还是科大,各个机构、国家和技术路线的百舸争流,是这个领域蓬勃进步的最好景象。
从增加研究投入,到培养更多人才,到向公众普及量子科学,我们可做的和需要做的有很多。我们需要的不是恐慌,也不是狂热,而是踏踏实实的努力。
背景简介:本文作者袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员,科技与战略风云学会会长,青年科学家社会责任联盟理事,中国无神论学会理事,安徽省科学技术协会常务委员,微博@中科大胡不归,知乎@袁岚峰(https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8)。2019年10月26日,本文以《没必要对“量子霸权”恐慌》为题应邀发表于《环球时报》(http://hqtime.huanqiu.com/share/article/9CaKrnKnrav),由于篇幅限制有删减,此为全文。
责任编辑:孙远