中国应该如何看待“量子霸权”之争？_风闻

导读

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。

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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。

量子信息学科内容

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。

旋钮

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。

谷歌论文图4对量子霸权的演示，注意最右边黑色箭头上方的一万年与中缝中的200秒的对比

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。

IBM论文对加速算法的解释，关键是用硬盘代替内存

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。

潘建伟和陆朝阳等人关于用玻色子取样寻求实现量子霸权的文章

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。

水能载舟，亦可赛艇！

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。