原標題：谷歌宣布實現“量子霸權”！是科學誤導還是里程碑事件？ 來源：騰訊新聞

谷歌的新論文已提交至nasa.gov，但NASA公布后很快又將其刪除，谷歌發言人拒絕就論文及其結果的真實性予以回應，NASA也未予以置評。

世界第一超算Summit需要大約1萬年來完成的計算，量子計算機需要多久？

谷歌研究人員給出答案，3分20秒。

早在今年的9月21日，據英國《金融時報》報道，谷歌研究人員向美國國家航空航天局（NASA）提交的論文中寫道，其實驗標志著量子處理器上執行的首次計算。而這一堪稱“恐怖”的計算速度，被研究人員稱作是“量子霸權”的證明。

谷歌的新論文已提交至nasa.gov，但NASA公布后很快又將其刪除，谷歌發言人拒絕就論文及其結果的真實性予以回應，NASA也未予以置評。

據部分美媒報道，論文被撤或因其研究還未經同行評審徹底討論，而評審過程需經數周或數月時間。

10月23日，量子計算機的另一個核心玩家IBM看不過去了，直接公開批評谷歌的說法有誤導性，計算方式有bug，現代超算根本不需要花費那么長的時間。

其博客指出，谷歌在估算經典超算需要10000年來計算的估算上出了問題，而IBM的方法可以讓超算在2.5天內以更高的保真度完成相同計算任務。這還是”保守的、最壞情況的估計“，其他研究能進一步減少時間。

現在這一事件有了新的進展：北京時間10月23日晚，《Nature》雜志在官網放出重磅消息：一個月前被 NASA 發表又火速撤下的谷歌“量子霸權”論文重新發表，稱其是量子領域中“Hello World”一樣的里程碑事件。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5.pdf

谷歌此舉疑似對IBM的無聲反擊！

不過，谷歌CEO在接受采訪時，并未正面回應“關于10000年的計算是否有bug“，只是說量子計算機不會取代經典計算機。

谷歌的量子計算系統

一、量子計算為什么強大？

所謂量子霸權，即指量子計算擁有秒殺所有傳統計算機的計算能力。為什么量子計算能強大到如此地步？這一燒掉全球無數科學家腦細胞的神秘黑科技，跳出來傳統物理定律的限制。傳統計算機每比特非0即1，而在量子計算機中，量子比特可以以處于即是0又是1的量子疊加態，這使得量子計算機具備傳統計算機無法想象的超能力。舉個例子，如果x=0，運行A；如果x=1，運行B。傳統計算機永遠只會一次執行一種邏輯分支，要么A，要么B，要么兩種情況各運行一次。但在量子計算機中，變量X是量子疊加態，既為1，又為0，因此它可以在一次計算中同時執行A和B。

如果我們將量子比特的數量增加到10個，那么傳統計算機需要計算2^10=1024次。量子計算機需要計算多少次呢？還是1次。我們再把量子比特數加到100個、1000個、10000個乃至更多，看出差距了嗎？現有計算機要運行上萬年的工作量，量子計算機只用幾分鐘就能搞定。在量子計算機面前，復雜的宇宙模擬、航空航天、地震預測、天氣預報、高能物理、化學模擬、藥物研發、金融分析、加密通信等種種科學計算以及當下火熱的AI應用所需的超強算力，都只是小菜一碟。近年來，這一象征著國家科技實力巔峰的研究已經成為全球各國競相發展的熱點。

二、IBM炮轟谷歌：“量子霸權”是誤導！

IBM和谷歌在量子計算領域存在著直接的競爭。早些時候，IBM宣布將在10月推出53量子比特的可商用量子計算機，向外部用戶開放使用，并稱這是迄今為止全球最強大的量子計算機，能讓用戶運行“更加復雜的糾纏和連接設備”。

“我們已有足夠的證據表明’量子霸權’一詞被廣泛誤讀且造成越來越多的困惑，我們建議大家不要再使用這個詞，且希望社區盡早放棄繼續使用這個詞。”IBM博客中寫道。

IBM研究人員稱，量子計算機并不是傳統計算機的“霸權”，因為實驗室所做的實驗旨在實施一種非常具體的量子采樣程序，而沒有實際應用。

其博客指出，谷歌在估算經典超算需要10000年來計算的估算上出了問題，而IBM的方法可以讓超算在2.5天內以更高的保真度完成相同計算任務。這還是”保守的、最壞情況的估計“，其他研究能進一步減少時間。

而谷歌10000年的估算，是基于一個錯誤的假設，即在經典計算機中運行問題的量子模擬所需要的RAM會非常高。谷歌用時間來彌補空間的不足，才估計出10000年的時間。

五位IBM研究人員還發表了一篇論文《Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits》來支持其看法。

IBM論文地址：

chromeextension://cbnaodkpfinfiipjblikofhlhlcickei/src/pdfviewer/web/viewer.html?file=https://arxiv.org/pdf/1910.09534.pdf

三、谷歌IBM英特爾均已布局，中國也有重大突破

“量子霸權”的深遠意義，令無數科學家前仆后繼地投入期研究之中。從世界頂級高校到谷歌、IBM、英特爾、D-Wave等IT公司都為這項事業砸下了大量的資源。

不算還未正式到來的IBM 53量子比特的量子計算機，現在市面上最大的商用量子設備大約是20量子比特。IBM、谷歌、IonQ等機構已經分別測試了50、72、160量子比特設備。

此前，谷歌曾于2018年3月推出其72量子比特的量子計算機芯片Bristlecone，當時稱“對Bristlecone可以實現量子至上的態度持謹慎樂觀的態度”。

中國在量子計算機領域也有重大進展。在今年的8月份，由中國科學技術大學和浙江大學主導的兩支研究團隊分別在《物理評論快報》和 Science 上發表了其在量子計算上的最新研究。兩個研究的重點并不相同，但都采用了高量子比特芯片作為基礎物理研究課題的實驗平臺，顯示了中國作為量子計算第一梯隊的實力。

目前的量子計算主要有三種技術路徑，分別是谷歌和 IBM 采用的通過超導系統實現量子計算、微軟的拓撲量子計算、英特爾的超導量子計算和硅量子點同步研發。

但迄今為止，尚無機構真正開發出一款可通用于各種計算任務的量子計算機。已經推出機器們都面臨這各種各樣的局限性，規模尚小、容易出錯，在應用上也往往被限制于某種特定領域。

建造量子計算機的每一步都非常艱難，就現在而言，量子計算機的物理基礎問題還遠未得到解決。

比如為了保證粒子具有盡可能小的熱量，研究人員們通常需要將處理器保持在幾乎絕對為零的溫度，否則錯誤率可能會急劇上升?？刂葡到y亦需經過非常精細的設計，來自外部環境的少量能量都可能造成量子態崩潰。

另外，和其他自然過程一樣，量子計算過程中也存在噪聲，量子比特內部的熱量、量子力學過程中的隨機波動等因素，都可能干擾量子比特的狀態，最終對計算結構造成影響。

IBM Q量子計算機內部

四、論文遭熱議：看好潛力，拒絕神話

美國通信巨頭AT&T最近也表示在研究量子網絡或連接量子計算機的技術。

谷歌新論文的消息一經傳出，麻省理工學院教授兼量子專家Will Oliver將其喻為美國“小鷹號”航空母艦在航空領域的首次飛行，相信它將進一步推動量子計算領域的研究。

英特爾量子硬件主管Jim Clarke同樣看好谷歌這一進展，他認為商用量子計算機的實現離不開研發的進步，雖然目前還只是這場馬拉松的第一英里，但他們堅信這項技術的潛力。

不過，并不是所有人都對量子科學的進展感到樂觀。比如有人質疑說，如果一臺超級計算機要花一萬年才能檢驗量子計算機所產生的答案，那你怎么確定量子計算機獲得的答案就是對的呢？

由于目前尚不清楚谷歌的量子計算機究竟是在執行什么任務。IBM研究主管Dario Gil認為，一個可能是針對非常狹窄的量子采樣問題設計的實驗，并不意味著這些機器將占據主導地位。

他說：“實際上，量子計算機永遠不會比傳統計算機具有“至高無上”的地位，但由于它們各有千秋，它們將與它們協同工作?！睂τ谠S多問題，古典計算機將仍然是使用的最佳工具。

結語：量子霸權論將至，但真正落地還很遙遠

如果谷歌的新量子計算機論文經過審議發表，這將是量子科學界非常值得慶賀的一件事。

不過，量子計算機距離嚴格意義的大規模商用還為時尚早，科學進步從來都是漫長的苦旅，要解決當前這些機器存在的易被破壞、不穩定等工程化問題。要造出易構建、易管理和擴展的商用機器，還需研究人員們持之以恒地探索。