谷歌「量子霸权」文章正式在Nature发表，圈内人评价“或将迎来下一波科技浪潮”

在九月下旬，「谷歌实现量子优越性（quantum supremacy）」的消息占据了各大媒体的头版头条。

（注：国内大多媒体将 quantum supremacy 翻译成「量子霸权」，无疑相比来讲后者更能博大众的眼球，谷歌官方认为“量子优越性”的翻译更为准确，下文将全部使用“量子优越性”）

据英国《金融时报》等媒体报道[1] 称，谷歌在一台 53 比特的量子计算机上仅用 3分 20 秒便完成了在超级计算机上需要一万年的计算，这是量子计算领域的一次巨大突破，一些圈内人士纷纷表示 「有一种即将亲历 2012 年 Hinton 发表 AlexNet 文章的感觉」、「或将迎来下一波科技浪潮」。

图注：谷歌发表文章中，对量子优越性的证明。a）验证基准测试方法。根据测得的位串和经典模拟预测的相应概率，计算出补丁电路，消除电路和完整电路的验证值。尽管在复杂性方面存在巨大差异，但所有四个曲线之间的紧密对应关系证明了它们在优越性领域（ supremacy regime）中的使用是正确的。b）对于电路深度为20时，在量子处理器上获得一百万个样本需要200秒，而在一百万个内核上进行等保真度经典采样将花费10,000年，对保真度的验证将花费数百万年。

针对这些报道，一个多月来，谷歌并没有作出任何回应，且在新闻报道之前便从网上撤掉了相应的论文。10月21日，IBM发表博文 [2] 以及arXiv文章[3] 称谷歌的实验存在缺陷，作为对比的超算计算时间其实只需要2.5天。

图注：IBM对谷歌的回应。分析预期的经典计算运行时间与“ Google Sycamore Circuits”的电路深度。蓝色线估计了一个53量子位处理器的经典运行时间（电路深度为20时，运行时间为2.5天），而橙色线则估计了一个54量子位处理器的经典运行时间。

作为一切吹捧和质疑的回应，谷歌终于在今天（10月23日）正式在Nature上发表了他们的这项工作《Quantum supremacy using a programmable superconducting processor》[4]。

不仅如此，谷歌CEO 桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）还为此专门撰写一篇文章，谈论「量子计算里程碑的意义」[5]。

皮查伊与谷歌量子计算机 @ Santa Barbara lab

皮查伊在文中称，“对于我们从事科学技术工作的人们来说，这项工作正是我们一直在等待的「hello，world」，是迄今为止使量子计算成为现实的最有意义的里程碑”。他表示，从今天的实验室试验到明天的实际应用可能还有很长的路要走，但这项工作的意义在于，它代表了量子计算世界的“一个可能的时刻”（a moment of possibility）。

除了皮查伊的文章外，谷歌量子人工智能实验室首席科学家 John Martinis （量子硬件）与Sergio Boixo（量子理论）还联合发表了一篇关于「量子优越性」的技术博客[6]，简要介绍了他们的工作内容，包括实验、处理器硬件、测试、应用以及接下来的目标。

那么「谷歌实现量子优越性」，是谷歌带给人类的又一次革命，还是仅仅一次媒体炒作？或许时间将给出证明。

使用可编程超导处理器的量子优越性

物理学家谈论“量子计算能做什么”这个问题已经超过 30 年了，但问题一直存在：研究它真的有用吗？值得为此研究进行投资吗？正像计算机的发明一样，量子计算的研究也是一个大规模的研究，因此去制定一系列具有决定性的短期目标，以此来证明设计是否朝着正确的方向发展，是一个良好的工程实践。

谷歌所提出的这项“短期目标”就是他们所称之为的“量子优越性”（quantum supremacy）实验，并以此作为指导来制造可编程且功能强大的量子计算机。

谷歌今天在《自然》杂志的“使用可编程超导处理器的量子优越性”（Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor）一文中发布了他们在“量子优越性”实验中的最新结果。他们开发了一种名为“ Sycamore”的新型 54比特处理器，该处理器由快速、高保真量子逻辑门组成，以执行基准测试。由此构建的机器能够在200秒内完成目标计算，而作为对比，要想产生类似的输出将需要世界上最快的超级计算机一万年的时间。