谷歌声叫作实现“量子霸权”，是不是言过其实？到底什么是“量子霸权”？
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<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">本文刊载于《三联生活周刊》2019年第44期，原文标题《什么是“量子霸权”》，严禁私自转载，侵权必究。</p>
<div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/pgc-image/bd448edbf46c4df897b9f65b4f574a1a~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1722932550&x-signature=sDi4AWawcXu98msyKcvNvom5uCU%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">理论<span style="color: black;">理学</span>学家约翰·普瑞斯基尔</p>
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<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">近期</span>几天来，一个看上去有些怪诞的名词——“量子霸权”（quantum supremacy）<span style="color: black;">起始</span>越来越频繁地出<span style="color: black;">此刻</span><span style="color: black;">资讯</span>里，难免让人感觉有些费解。<span style="color: black;">实质</span>上，这个词<span style="color: black;">已然</span><span style="color: black;">显现</span>有7年时间了。它最初<span style="color: black;">是由于</span>加州理工学院的理论<span style="color: black;">理学</span>学家约翰·普瑞斯基尔（John Preskill）在2012年创造出来的。普瑞斯基尔最初虽然<span style="color: black;">亦</span><span style="color: black;">认识</span>到，这个词看上去<span style="color: black;">显出</span>有些不伦不类，但他认为相比于“<span style="color: black;">优良</span>”之类的词汇，唯有用“霸权”<span style="color: black;">才可</span>准确描述出量子计算相<span style="color: black;">针对</span>传统计算方式<span style="color: black;">基本</span><span style="color: black;">没法</span>比拟的优越性。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">“量子霸权”一词最近<span style="color: black;">起始</span>频频出<span style="color: black;">此刻</span><span style="color: black;">媒介</span><span style="color: black;">报告</span>中，是<span style="color: black;">由于</span>一篇<span style="color: black;">刚才</span><span style="color: black;">发布</span>就受到全世界密切关注的论文。有专家认为这篇论文<span style="color: black;">拥有</span>划时代的<span style="color: black;">道理</span>，是人类技术史上一个值得纪念的里程碑，麻省理工学院的<span style="color: black;">专家</span>威廉·奥利弗（William Oliver）<span style="color: black;">乃至</span>把这个成就比作莱特兄弟驾驶飞机完成首次飞行。当然，<span style="color: black;">针对</span>量子霸权的质疑和批评<span style="color: black;">亦</span>随之而来。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">2019年10月23日，《自然》（Nature）杂志<span style="color: black;">发布</span>了一篇<span style="color: black;">重点</span>由谷歌<span style="color: black;">机构</span>的<span style="color: black;">专家</span>撰写的论文《<span style="color: black;">经过</span>可编程超导处理器实现量子霸权》（“Quantum supremacy using a programmable superconducting processor”）。早在论文<span style="color: black;">发布</span>之前，在这项<span style="color: black;">科研</span>中<span style="color: black;">亦</span>做出了贡献的美国航空航天局（NASA）就曾经迫不及待地把论文发在网上。虽然<span style="color: black;">她们</span><span style="color: black;">火速</span>又把这篇论文撤下，但内容还是提前<span style="color: black;">泄密</span>了出来，算是为量子霸权进行预热。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">论文中<span style="color: black;">所说</span>实现量子霸权，指的是谷歌<span style="color: black;">机构</span>的<span style="color: black;">专家</span>在<span style="color: black;">位置于</span>加州圣芭芭拉的实验室中实现了量子计算机<span style="color: black;">科研</span>的重大突破，完<span style="color: black;">成为了</span>一个利用传统计算机<span style="color: black;">基本</span><span style="color: black;">没法</span>完成的任务——虽然这个算是完全为<span style="color: black;">日前</span>的量子计算机量身定做的任务，<span style="color: black;">无</span>任何<span style="color: black;">实质</span><span style="color: black;">道理</span>，<span style="color: black;">日前</span>的量子计算机<span style="color: black;">亦</span>还没法完成任何<span style="color: black;">实质</span>工作。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">所说</span>不可能的任务，<span style="color: black;">指的是</span>谷歌<span style="color: black;">机构</span><span style="color: black;">开发</span>的“Sycamore”量子处理器在200秒的时间里就完<span style="color: black;">成为了</span>一系列随机<span style="color: black;">选择</span>的指令。谷歌<span style="color: black;">机构</span>的<span style="color: black;">专家</span>声<span style="color: black;">叫作</span>，传统计算机要完成<span style="color: black;">这般</span>的任务，即使是<span style="color: black;">日前</span>人类最快的超级计算机<span style="color: black;">亦</span>需要一万年的时间，而量子计算机在200秒内完成（并且经过检验计算正确）。可谓云泥之别，<span style="color: black;">所说</span>量子霸权名副其实。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">针对</span>谷歌<span style="color: black;">机构</span>声<span style="color: black;">叫作</span>实现了量子霸权，最严厉的批评正是来自于其竞争对手IBM<span style="color: black;">机构</span>。在IBM<span style="color: black;">科研</span>博客（IBM Research Blog）页面，几位IBM<span style="color: black;">专家</span>撰文，认为谷歌<span style="color: black;">机构</span><span style="color: black;">针对</span>这项成就的描述未免言过其实。<span style="color: black;">所说</span>传统计算机需要一万年<span style="color: black;">才可</span>完成的任务，这几位<span style="color: black;">专家</span>认为，<span style="color: black;">实质</span>上利用<span style="color: black;">日前</span>最强大的计算机，在两天半的时间之内就能完成。对照之下并不算是实现了量子霸权。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">即使是<span style="color: black;">针对</span>量子计算的前景最为<span style="color: black;">阳光</span>的<span style="color: black;">专家</span>，<span style="color: black;">包含</span>普瑞斯基尔<span style="color: black;">自己</span><span style="color: black;">亦</span>都承认，虽然谷歌<span style="color: black;">机构</span>的量子计算<span style="color: black;">科研</span>取得了重大突破，但在<span style="color: black;">日前</span>并<span style="color: black;">无</span>任何<span style="color: black;">实质</span>应用，<span style="color: black;">亦</span>不会为<span style="color: black;">全部</span><span style="color: black;">科研</span><span style="color: black;">行业</span>带来巨大的改变。这项从20世纪80年代就<span style="color: black;">起始</span>的<span style="color: black;">科研</span>还有很长的一段路要走，<span style="color: black;">将来</span>的发展<span style="color: black;">亦</span>还充满未知。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">量子计算的发展格外艰难，<span style="color: black;">是由于</span>其<span style="color: black;">自己</span>性质决定的。量子现象是人类在微观<span style="color: black;">行业</span><span style="color: black;">发掘</span>的与宏观经典世界截然<span style="color: black;">区别</span>的<span style="color: black;">有些</span>现象。<span style="color: black;">专家</span>们在理论上证明，<span style="color: black;">能够</span>利用物质的微观量子态进行计算。<span style="color: black;">由于</span>量子态的特征，其计算效率会远超传统计算机。传统计算机中存储和处理一系列的数字“0”和“1”，虽然其速度<span style="color: black;">持续</span><span style="color: black;">提高</span>，但随着半导体器件的功能<span style="color: black;">逐步</span>接近极限，计算机处理器的速度终究会到达尽头。而<span style="color: black;">所说</span>的“量子比特”（qubit），利用其<span style="color: black;">自己</span>奇特的量子特性，<span style="color: black;">能够</span><span style="color: black;">同期</span><span style="color: black;">处在</span>“0”和“1”两种状态。<span style="color: black;">倘若</span>利用量子比特进行计算，其进行计算的<span style="color: black;">规律</span>完全<span style="color: black;">区别</span>，速度相比传统计算机会有革命性的<span style="color: black;">提高</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">而量子计算的弱点<span style="color: black;">亦</span>非常<span style="color: black;">显著</span>。让量子比特<span style="color: black;">处在</span>“叠加态”，并且<span style="color: black;">出现</span>相互<span style="color: black;">功效</span>进行计算，需要极其<span style="color: black;">精细</span>的设计。量子态非常容易受到<span style="color: black;">周边</span>环境的干扰而<span style="color: black;">出现</span>“塌缩”。想要进行量子计算，一方面要让量子比特<span style="color: black;">处在</span>极低温、与外界隔绝的状态，另一方面又要让<span style="color: black;">区别</span>的量子比特之间相互联系。想要进行有效的<span style="color: black;">掌控</span>和操作，需要<span style="color: black;">专家</span>花费<span style="color: black;">海量</span>的时间寻求合适的材料，<span style="color: black;">持续</span>完善设计和制造工艺。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">谷歌<span style="color: black;">机构</span>的“Sycamore”量子处理器中有53个量子比特进行计算，虽然相比之前<span style="color: black;">已然</span>有了很大进步，<span style="color: black;">然则</span>距离<span style="color: black;">实质</span>应用仍然有很大的距离。<span style="color: black;">例如</span>人们经常<span style="color: black;">说到</span>的利用量子计算的“秀尔算法”（Shors algorithm）破解<span style="color: black;">日前</span>人类在电子商务中常用的“RSA加密算法”（RSA cryptosystem）。这种方式虽然在理论上可行，<span style="color: black;">然则</span>需要几千个量子比特协同工作。<span style="color: black;">另一</span>，<span style="color: black;">日前</span>人类<span style="color: black;">研发</span>的量子计算机还<span style="color: black;">无</span>相应的纠错机制。想要<span style="color: black;">创立</span>量子计算机的纠错机制，可能还需要额外的上百万个量子比特。<span style="color: black;">日前</span>看来想要达到这个标准仍然遥遥无期。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">尽管长路漫漫，<span style="color: black;">专家</span>们仍愿意向人们介绍量子计算能够为人类社会带来的巨大改变。量子计算机不大可能像传统计算机<span style="color: black;">同样</span><span style="color: black;">作为</span>普通的家用电器，<span style="color: black;">然则</span>依赖<span style="color: black;">持有</span>超强计算能力的量子计算机，人类将<span style="color: black;">能够</span>实现<span style="color: black;">非常多</span>突破。例如化学家们<span style="color: black;">期盼</span><span style="color: black;">能够</span><span style="color: black;">经过</span>计算模拟大分子内部的结构。这种<span style="color: black;">办法</span>虽然在理论上有可能，<span style="color: black;">然则</span>当分子太大时，<span style="color: black;">日前</span>的计算机就<span style="color: black;">没法</span>应付。<span style="color: black;">经过</span>量子计算模拟大分子内部的相互<span style="color: black;">功效</span>，在制药和材料<span style="color: black;">行业</span>取得重大<span style="color: black;">发展</span>，在人工智能、<span style="color: black;">设备</span>学习、<span style="color: black;">秘码</span>学、寻找新能源等方面量子计算<span style="color: black;">亦</span>都会有重大的应用。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">正是<span style="color: black;">由于</span>量子计算展现出了巨大的<span style="color: black;">潜能</span>，虽然距离制造出<span style="color: black;">能够</span>完成<span style="color: black;">实质</span>工作的量子计算机还遥遥无期，但<span style="color: black;">日前</span><span style="color: black;">非常多</span>国家都在这个<span style="color: black;">科研</span><span style="color: black;">行业</span>进行了<span style="color: black;">海量</span>投入。<span style="color: black;">有些</span>知名<span style="color: black;">机构</span>如谷歌、IBM、英特尔等都在<span style="color: black;">经过</span><span style="color: black;">区别</span>的途径<span style="color: black;">研发</span>量子计算机，<span style="color: black;">日前</span>可<span style="color: black;">操作</span>的量子比特数量都在50个到100个之间。<span style="color: black;">仅有</span>能<span style="color: black;">操作</span><span style="color: black;">更加多</span>的量子比特，实现更小的干扰，<span style="color: black;">拥有</span><span style="color: black;">实质</span>应用的量子计算机才会<span style="color: black;">作为</span>可能。一个崭新的量子计算时代虽然仍然遥远，但人们越来越有理由对它寄予厚望。</p>
<h1 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><strong style="color: blue;">《三联生活周刊》最新封面“资产<span style="color: black;">怎样</span>保值”</strong></h1>
<h1 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><strong style="color: blue;">喧嚣时代，给灵魂一个栖息之地，《三联生活周刊》带你体会阅读之美</strong></h1>
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