本文摘要：文：张伟超/李腾，编辑：唐钰婷一提及量子你的第一反应是想起什么？薛定谔的猫？近日，量子学领域又传到了新的声音。一个多月前，美国科技巨头谷歌（Google）的一份研究报告现身美国国家航空航天局（NASA）网站。尽管被火速删除，但这篇报告抛的一个重磅概念——“量子霸权（quantum supremacy）”，引起各大外媒热议。

文：张伟超/李腾，编辑：唐钰婷一提及量子你的第一反应是想起什么？薛定谔的猫？近日，量子学领域又传到了新的声音。一个多月前，美国科技巨头谷歌（Google）的一份研究报告现身美国国家航空航天局（NASA）网站。尽管被火速删除，但这篇报告抛的一个重磅概念——“量子霸权（quantum supremacy）”，引起各大外媒热议。

23日，谷歌的《用于可编程超导处理器超过的量子霸权》论文以封面重磅的形式在英国《大自然》杂志公开发表，回应已顺利展示了“量子霸权”，让量子系统花费大约200秒已完成传统超级计算机要1万年才能已完成的任务。不过，谷歌更加偏向于翻译成为“量子优越性”。杂志网站还在头版头条释放出了谷歌的“官宣”：你好，量子世界！我们构建了“里程碑式的量子优越性”。在谷歌团队显然，这是一个量子领域中“Hello World”一样的里程碑事件。

据《纽约时报》报导，谷歌CEO 桑达·皮猜中（Sundar Pichai）在拒绝接受专访时兴奋地将谷歌的成就与莱特兄弟1903年的首次飞行中相媲美。“这就像飞机最初被发明者的时刻-----莱特兄弟的飞机第一次只飞来了12秒，但他证明了飞机飞行中的可能性。”超越摩尔定律，量子计算出来肩负愿景2012年，美国加州理工学院理论物理学家约翰•普瑞斯基尔（John Preskill）明确提出了“量子霸权”这一概念，指量子计算机可以做经典计算机构建没法的事。

此后，“量子霸权”长期以来被用作叙述量子计算机发展的关键节点，指量子计算机能解决问题传统计算机无法解决问题的简单难题，也就是展现出量子优越性。而这是量子计算机距离实际运用的关键一步。其中，一个经常被当成量子霸权的最重要指标是量子比特 (Qubit) 数量，有学者指出，大约 50 个量子比特左右，量子计算机就能超过“量子霸权”。论文认为，量子计算机的工作方式与传统计算机具有显然上的有所不同。

超级计算机和量子计算机的关键区别在于它们存储信息的方式，超级计算机和任何传统计算机一样，是二进制位的，处置的是1和0的问题。传统计算机每比特非0即1，而在量子计算机中，量子比特可以以正处于即是0又是1的量子变换态，这使得量子计算机不具备传统计算机无法想象的超级算力。不过，这并不意味著量子比特可以像薛定谔的猫一样，同时是两个互相对立的东西——既是活的又是杀的，或者既是0又是1。理论上，当量子比特“不可避免地”联结在一起时，物理学家可以利用它们波状量子态之间的阻碍来展开计算出来。

不通过这种方式，涉及计算出来有可能要花费数百万年的时间。例如，一台 10 量子位量子计算机可以一次处置 210 或 1024 个有可能的输出。谷歌的量子计算机是一个取名为“西克莫Sycamore”的紫色芯片。Sycamore的本意是梧桐树，在论文中得出的芯片图片上，可以看见一旁刻着“Google AI Quantum”，另一边则刻着“Sycamore”和一棵梧桐树的图案。

这个量子处理器被设计成用于54个超导transmon量子比特。由于其中一个量子比特无法长时间工作，因此他们在实验中用于了53个量子比特，在一个“伪随机量子电路输入的取样任务”中将其计算速度与“最先进设备的超级计算机”展开了较为。研究人员回应，Sycamore的计算出来完全没结构，这使它沦为“基准测试的适合自由选择”。

与之比起，传统计算机的运营速度就变得非常较慢。他们总结说道，Sycamore的顺利“伴随着一个倍受期望的计算出来范式将要来临”。谷歌的Sycamore量子芯片明确来看，谷歌研制的Sycamore量子芯片包括54个量子比特，每个量子比特都由超导的环构成。

每个量子比特（灰色）通过耦合器（蓝色）与最近的量子比特连接，由于有1个量子比特无法有效地工作，芯片实际只用于了53个量子比特。Sycamore量子处理器的布局报告表明，Sycamore所展开的运算，是要证明一个随机数字生成器合乎“随机”的标准。

即使是现存最先进设备的传统超级计算机“顶点（Summit）”，对量子电路的一个实例采样100万次也要耗时1万年，在团队设计的一项对量子电路产生的随机数字展开取样的任务中，Sycamore仅有用200秒之后已完成了运算。热议四起，IBM指控谷歌不实不过，对于这一此前已被泄漏的“伟业”，美国老牌科技公司IBM回应上告。10月21日，IBM就在其官网公开发表博文称之为，谷歌的“量子霸权”有缺陷，因为谷歌实质上是在没充分利用超级计算机的全部能力的情况下展开竞争的。

谷歌所谓“最先进设备的超级计算机约必须1万年”已完成的任务，在一个传统计算机系统上的理想仿真，只必须2.5天，而且保真度要低得多。这实质上还是对一个激进的、最坏情况的估算。谷歌在展开较为时，没能充分考虑“大量磁盘存储”。

他们指出“已完成传统计算机无法已完成的工作”这一临界值还没超过。“按照‘量子霸权’的最严苛定义，这一目标仍未构建。

”IBM直言。IBM博文图片博文还援引“量子霸权”明确提出者普瑞斯基尔最近的观点称之为，这个词“激化了对量子技术现状的过度抹黑”，并且“通过与‘白人平等主义（white supremacy）’的联系，唤醒了一种令人厌恶的政治立场”。

IBM方面指出，“霸权”一词正在被完全所有人误会，类似于“构建量子霸权”的“标题党报导”不会不可避免地误导公众。“量子计算机总有一天会‘凌驾’于传统计算机之上，而是与它们协同工作，因为两者都有其独有的优势。”博文写到。

目前，IBM用来驳斥谷歌的论文仍未经过同行评议。《大自然》网站报导称之为，如果IBM是准确的，它将把谷歌的“伟业”降级为 “量子优势”，即量子计算机的计算速度比传统计算机更快，但没远超过后者的能力范围。回应，桑达·皮猜中在媒体上公开发表对此：“争议的点在于量子计算机否不会像许多人所想的那样代替经典计算机。

这与人们之前庆典AI上的进展类似于，谷歌公开发表成果对我们的研究展开说明并协助人们更佳地理解我们目前离通用型量子技术还有多近。五十年发展容易，理性对待科学量子计算出来的研究蓬勃发展于20世纪70年代，针对计算机的热耗效应，Landauer指出只要避免计算出来过程中的不可逆操作者，就不不存在计算出来的能耗上限，于是人们明确提出不可逆计算机的概念。

Benoiff年所明确提出了一个基于量子力学的共轭计算机模型。1982年，Feynman认为，量子计算机可以用来仿真量子多体系统的进化，而这一任务是经典计算机做到将近的。1985年，Deutsch创建了量子图灵机的模型。

1994年，Shor明确提出一种量子算法，可以解决问题多项式时间内的大数因子分解成问题。大数因子分解成问题的深奥性是目前普遍用于的公钥密码体系安全性的依据。

如果使用经典计算机解法，目前熟知的最佳算法是一个随着问题的规模计算出来步骤呈圆形指数快速增长的算法。Shor算法的找到意味著，只要量子计算机一旦竣工，现存的公钥密码体系将土崩瓦解。1995年，Schumacher第一次明确提出了量子比特信息学上的概念，并建构了“量子比特”（qubit）的众说纷纭。

1997年，第一个基于量子计算机的核磁共振模型明确提出，下一年，核磁共振技术就运用到了2量子比特位的寄存器中，而到了2000年，寄存器中的量子比特数量在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室手中减少到了7个。2001年，IBM利用核磁共振技术转录7枚核磁矩体使其沦为量子比特，在顺利运营了上兆次之后，再一顺利地将15质数分解成为3×5，量子计算机第一次将使得量子计算出来变为了现实——整整10年之后，中国的科学家利用4个量子比特构建了分解成143。2005年，人们顺利地在粒子阱中掌控寄居了8个量子比特，到了2010年，人们早已可以在粒子阱中生产出有14个正处于纠结态的量子比特。此后，量子计算出来逆的可应用于， 在应用于方面，2011年D-Wave发售了运营128位的一体量子计算机D-WaveOne，这被指出是世界上第一台商用化的量子计算机系统。

2012年，D-Wave发售了512位量子计算机D-WaveTwo。2015年,D-Wave公布了基于chimeragraph架构的新一代1152位量子计算机系统D-Wave2X。

此次，谷歌获得的成果十分激动人心，但其他研究者警告道，不要过分抹黑这一结果，防止希望过低、泡沫裂痕。量子计算出来融合了过去半个世纪以来两个仅次于的技术变革：信息技术和量子力学。如果我们用于量子力学的规则更换二进制逻辑来计算出来，某些无法攻下的计算出来任务将获得解决问题。

量子计算出来的概念正在鼓舞新一代物理学家、工程师和计算机科学家，彻底转变信息技术的格局。谷歌的此次研究，是科技的变革，也是人类的变革。参照文章谷歌博客：https://www.blog.google/perspectives/sundar-pichai/what-our-quantum-computing-milestone-means/论文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5IBM论文：https://arxiv.org/pdf/1910.09534.。

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