谷歌宣布實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”被IBM質(zhì)疑，中國(guó)正在發(fā)力！

來(lái)源：數(shù)據(jù)觀 時(shí)間：2019-10-28 15:50:01 作者：陳駿佼

　　人類每一天都在見證著歷史。10月23日，這是量子計(jì)算歷史上值得書寫的一天。

　　谷歌早前被NASA發(fā)表又迅速撤下的“量子霸權(quán)”的文章，在23日這一天，正式發(fā)布在《自然》（Nature）雜志上。這一次，谷歌AI量子團(tuán)隊(duì)，對(duì)外宣布了其研究結(jié)果，表示正式實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”（quantum supremacy）。

　　當(dāng)天，谷歌CEO桑德爾·皮查伊（Sundar Pichai）在其公司的官網(wǎng)發(fā)表了文章——《我們的量子計(jì)算里程碑意味著什么》。他表示，谷歌取得這一項(xiàng)研究成果共花費(fèi)了13年的時(shí)間，長(zhǎng)期在量子計(jì)算上重金投入，是為了更好地解決目前很多棘手的問(wèn)題，如氣候變化、疾病等。

　　谷歌團(tuán)隊(duì)開啟了新的計(jì)算形式，論文寫到團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款54量子比特?cái)?shù)（其中有53個(gè)量子比特可用）的可編程超導(dǎo)量子芯片“Sycamore”，運(yùn)行隨機(jī)量子線路進(jìn)行采樣，耗時(shí)約200秒就可進(jìn)行100萬(wàn)次采樣，并預(yù)估當(dāng)前最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit想要得到類似的結(jié)果，需要耗費(fèi)1萬(wàn)年，基于這一突破，谷歌宣稱其率先實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。這項(xiàng)成果的突破，讓人們使用量子計(jì)算又更近了一步。

Sycamore 量子芯片(來(lái)源：谷歌)

《自然》雜志上刊登的文章

　　何為量子霸權(quán)

　　“量子霸權(quán)”（quantum supremacy）聽起來(lái)似乎有點(diǎn)“危言聳聽”。就根據(jù)翻譯來(lái)看，可以稱為“量子優(yōu)越性”。現(xiàn)在我們就來(lái)理解下這些相關(guān)概念。

　　IBM質(zhì)疑，谷歌或“放水”？

　　量子計(jì)算并非易事，至少在目前看來(lái)是困難的。所以，在谷歌發(fā)布實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，IBM（國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司）就質(zhì)疑其研究結(jié)果，稱谷歌操控了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　IBM研究人員在發(fā)表的論文中寫道，谷歌在實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有充分挖掘超級(jí)計(jì)算機(jī)的潛力。如果照IBM的方法來(lái)對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，僅需2.5天就能完成谷歌論文中量子計(jì)算機(jī)耗時(shí)200秒的任務(wù)。這樣的結(jié)果，與谷歌宣稱的1萬(wàn)年的確有很大的差距。

　　這主要是因?yàn)?，谷歌?duì)于1萬(wàn)年的時(shí)間結(jié)論是基于量子計(jì)算特性相對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)效率提升，計(jì)算得出的數(shù)字，并沒(méi)有把目前超級(jí)計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)刃阅苌系膬?yōu)化考慮在內(nèi)。

　　谷歌此次針對(duì)的主要問(wèn)題是隨機(jī)量子線路采樣?！半S機(jī)量子線路”，簡(jiǎn)而言之就是隨機(jī)從一個(gè)量子門的集合中挑選單比特量子門，作用到量子比特上，每作用一層單比特量子門，就會(huì)接著做一層兩比特量子門，多次重復(fù)這樣的操作后，測(cè)量最終的量子態(tài)，即完成一次采樣。

　　谷歌采用這樣的方式證實(shí)“量子優(yōu)越性”主要是因?yàn)?，第一隨機(jī)線路采樣公認(rèn)有難度，第二谷歌研究環(huán)境可實(shí)現(xiàn)。

　　換句話說(shuō)，谷歌實(shí)現(xiàn)的在特定問(wèn)題上的“量子優(yōu)越性”可信，但是有前提條件的。原本“量子優(yōu)越性”就是針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)而言的，只要能超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)就算實(shí)現(xiàn)了“霸權(quán)”。

　　不過(guò)，這不能說(shuō)明谷歌的成果是沒(méi)有意義的。谷歌打開了量子計(jì)算機(jī)的大門，就像萊特兄弟創(chuàng)造的飛機(jī)，在首次試飛時(shí)，也只僅僅飛行了12秒，卻開啟了人們飛向蔚藍(lán)天空的愿望。谷歌的研究是一個(gè)起點(diǎn)，并非終點(diǎn)，谷歌依然在路上。

　　正如皮查伊在發(fā)布的《我們的量子計(jì)算里程碑意味著什么》的文章中所說(shuō)：“量子計(jì)算將是對(duì)我們?cè)趥鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)上所做的工作的極大補(bǔ)充。在許多方面，量子將給計(jì)算帶來(lái)完整的循環(huán)，賦予我們另一種方式使用通用語(yǔ)言，了解世界和人類，而不僅僅在1和0中，而是在所有狀態(tài)中：美麗，復(fù)雜，并且具有無(wú)限的可能性?！?/p>

　　中國(guó)正在發(fā)力

　　在量子技術(shù)方面，中國(guó)也不斷出臺(tái)相關(guān)的政策，先后啟動(dòng)了“自然科學(xué)基金”、“863”計(jì)劃和重大專項(xiàng)，支持量子計(jì)算的研究發(fā)展。

　　2017年，“十三五”國(guó)家基礎(chǔ)研究專項(xiàng)規(guī)劃，將量子計(jì)算機(jī)列為“十三五”器件“事關(guān)我國(guó)未來(lái)發(fā)展的重大科技戰(zhàn)略任務(wù)”的首位；

　　同年，“十三五”科技軍民融合發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃，推動(dòng)包括量子計(jì)算在內(nèi)的新一輪軍民融合重大科技項(xiàng)目論證與實(shí)施；

　　今年3月，濟(jì)南市正式發(fā)布了國(guó)內(nèi)首個(gè)量子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃——《濟(jì)南市量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2019-2022年)》；

　　9月，在合肥舉辦的新興量子技術(shù)國(guó)際會(huì)議形成了《量子信息和量子技術(shù)白皮書(合肥宣言)》；

　　10月23日，合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司創(chuàng)始人郭國(guó)平表示，將努力實(shí)現(xiàn)在2020年底推出中國(guó)首臺(tái)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子計(jì)算器，將包含6個(gè)比特超導(dǎo)量子芯片，隨時(shí)隨地可以網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。

　　近年來(lái)，中國(guó)在量子計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域也投入了大量的人力、物力和財(cái)力，取得了很多優(yōu)秀的成績(jī)。如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理所等為代表的科研團(tuán)隊(duì)就先后創(chuàng)造了10個(gè)、12個(gè)、18個(gè)量子比特的成績(jī)，現(xiàn)在更是突破了20個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算技術(shù)，接下來(lái)他們還將繼續(xù)努力實(shí)現(xiàn)50比特量子計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)的“量子優(yōu)越性”。

　　而在谷歌發(fā)布論文的前一天，10月22日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉和陸朝陽(yáng)等人在arXiv網(wǎng)站上傳了一篇文章《用20個(gè)輸入光子在60模干涉儀中實(shí)現(xiàn)10的14次方態(tài)空間的玻色子取樣》，這項(xiàng)研究也是在某個(gè)特定問(wèn)題上追求實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，而這一問(wèn)題是“玻色子取樣”。（“某個(gè)特定問(wèn)題”，即適用于量子計(jì)算發(fā)揮作用的問(wèn)題，包括有隨機(jī)量子線路采樣（Random Circuit Sampling）、IQP線路（Instantaneous Quantum Polynomial）、玻色采樣（Boson Sampling））也就是說(shuō)，中國(guó)在另一個(gè)“量子優(yōu)越性”的領(lǐng)域上——玻色采樣的實(shí)驗(yàn)——處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦就認(rèn)為，中國(guó)要在量子計(jì)算領(lǐng)域迎頭趕上，還需要做到兩點(diǎn)：一是改變現(xiàn)在分散的格局，因?yàn)椤坝螕魬?zhàn)競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)大兵團(tuán)”；二是摒棄以論文為導(dǎo)向的做法。

　　我們正在見證歷史。這一次量子計(jì)算上的突破，可以說(shuō)是一次里程碑，雖說(shuō)還有此起彼伏的質(zhì)疑聲，但科學(xué)總是在進(jìn)步的，不管是谷歌、IBM，還是中國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)，我們?cè)诓粩嗟奶剿魍ㄍ磥?lái)的道路，“質(zhì)疑”的聲音也會(huì)更好的讓量子技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)，成功運(yùn)用于社會(huì)中。

　　站在前人的肩膀上，不是對(duì)前人的否定，而是通過(guò)前人的高度，不斷向上攀登臺(tái)階，遙看未來(lái)。（數(shù)據(jù)觀 陳駿佼）

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