【劃重點】

• 1谷歌研究人員在NASA官網上短暫發布的一篇研究論文顯示，谷歌量子計算機已經實現了量子霸權。
• 2實現“量子霸權”距離推翻現行加密技術還很遠，傳統計算機和加密安全并沒有過時。
• 3業內專家稱谷歌機器只是能夠以驚人速度解決精挑細選的問題，目的只是為了展示量子計算機的優越性。
• 4現在量子計算機距離實際應用還很遠，但“量子霸權”一詞可能會導致公眾對此期望過高。

（本文約2000字，閱讀全文大約需要4分鐘）

【編者按】谷歌表示其量子計算機的表現優于傳統計算機，已經實現了“量子霸權”。但事實上，量子計算機距離實際應用落地還需要數年時間。

       谷歌最近“無意”中透露其創造了計算機科學的歷史。近年來，該公司與IBM和英特爾等科技巨頭在開發量子計算機方面展開了日益激烈的競爭，期望利用量子力學規律打造的量子計算機來解決某些復雜問題。谷歌一直期望自家開發的量子計算機原型能夠證明“量子霸權”，這也讓其得到了公眾的持續關注。“量子霸權”指的是量子計算機勝過經典計算機的實驗，谷歌相關領域的一位主要研究人員曾預測，該公司將在2017年達到這一里程碑。

       上個月，有消息稱谷歌已經達到了這一里程碑。美國國家航空航天局(NASA)的官網短暫發布了一份研究報告草稿，谷歌研究人員在其中描述他們如何實現了量子霸權。消息被媒體爆出幾個小時后，美國民主黨總統候選人安德魯·楊(Andrew Yang)發推文警告說，谷歌的量子計算機可能會推翻現行的加密技術。但量子計算領域的研究人員正試圖向全世界保證，傳統計算機和加密安全并沒有過時。

短暫出現在NASA官網上的文章

       很多專家對谷歌的最新進展印象深刻。加州理工學院教授約翰·普萊斯基爾(John Preskill)早在2011年就創造了“量子霸權”一詞，稱這將是“實驗物理學中真正令人印象深刻的成就”。但他和其他專家、甚至是谷歌自己的論文都警告說，這個結果并不意味著量子計算機已經為實際應用做好了準備。

       “他們的機器只是能夠以驚人速度解決精挑細選的問題，目的只是為了展示量子計算機的優越性，” 普萊斯基爾說。目前還不清楚量子計算機要多久才能投入商業使用，完全破解加密技術仍然是遙不可及。路易斯安那州立大學教授喬納森·道林（Jonathan Dowling）說:“這還需要很多年。”

勝過傳統設備的“量子霸權”實驗

       由于量子計算機理論上能夠解決傳統計算機要花太多時間的復雜問題，谷歌和其他公司正在大力進行相關研究。這種方法試圖利用數學來驗證諸如光的波粒二象性等量子力學古怪之處。上世紀90年代研究人員就發現，這可能提供一種強大的計算處理新方法。貝爾實驗室一名研究人員曾編寫出一種算法，通過量子計算機來破解長密鑰，顯示出這項技術可能會超越傳統計算機，此后人們對這一領域的興趣大增。

       最近，學術界和企業界的研究人員紛紛制造出關于量子計算機的各種原型，并吹噓依靠其實現了各種化學和機器學習用例。這些設備如今已經可以處理數據，但它們的算力仍然太小，而且容易出錯，難以挑戰傳統計算機的實際工作。考慮到研究人員如何證明量子計算機確實比傳統計算機更有優勢，普萊斯基爾在2011年的一次演講中創造了“量子霸權”這個詞。

       自那以后，谷歌、IBM、英特爾、微軟和一些初創公司都加大了對量子計算的投資。這似乎讓“量子霸權”的到來變得不可避免。道林說:“這是我們預料中的事情，遲早要實現。”

       造成這種預期的另一個原因是谷歌自己的研究人員也這么說。2017年，該公司量子硬件研究負責人約翰·馬提尼斯(John Martinis)就預測，他的團隊將在當年年底實現“量子霸權”。谷歌、IBM和英特爾都已經展示出大約50個量子比特的量子處理器，這些設備是量子計算機的基本組成部分，與專家預計能夠實現“量子霸權”的設備容量大小相當。

谷歌如何實現了“量子霸權”

       就像普通計算機中的比特一樣，量子比特也以1和0的形式表示數字數據。量子處理器的強大之處在于量子比特能夠達到一種稱為疊加態的狀態，從而能夠讓0和1形成更多種組合。

       至少在某些問題上，疊加態使得量子處理器上的量子能夠比特比等量比特實現更多種組合。當加入更多的量子比特時，可能的組合會以指數形式增加。理想情況下，當量子計算機有大約50個量子比特時，即使是現有最大的超級計算機也很難模擬這些量子比特所實現的算力。

       這種現象支撐著谷歌的“量子霸權”實驗。其研究人員開發了一種名為Sycamore的量子處理器，該處理器包含54個量子比特，用來對量子隨機數發生器的輸出進行采樣。同時，研究人員對一些強大的谷歌服務器集群以及橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)的Summit超級計算機設定了同樣的計算問題。

橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)的Summit超級計算機

       谷歌研究人員的論文稱，傳統計算機只能涉及這個問題的皮毛。研究人員在論文中聲稱，像Summit這樣的頂級超級計算機需要大約1萬年的時間才能實現Sycamore量子處理器在200秒內完成的工作。

       正如普萊斯基爾所指出的那樣，這種比較并不公平。谷歌謹慎選擇了一個適合其量子硬件的問題，并在其論文中寫道，要實現量子計算所描繪的輝煌前景，仍然需要“技術上的飛躍”。道林和其他人估計，由于算法的復雜性，擁有數百萬個高質量量子比特的設備才能威脅到現行的加密技術。

距離實用尚需時間

       德克薩斯大學(University of Texas)教授斯科特 阿倫森(Scott Aaronson)拒絕就谷歌論文的細節置評。但他表示，展示“量子霸權”仍是一個有用的標志。他說:“雖然這只是一個概念證明，”“但在你能做有用的事情之前，你需要一個概念的證明。”

       谷歌及其競爭對手表示，量子計算機可能會做的實用性工作包括改進化學模擬，用于電池設計和藥物研發等應用，并推動機器學習技術的發展。摩根大通和戴姆勒等公司正在測試IBM的量子計算硬件，而美國國家航空航天局正與谷歌等公司合作，希望借助量子計算機完成任務調度或探測系外行星。

IBM的量子計算機原型

       目前尚不清楚量子計算機離完成這些任務還有多遠。IBM研究主任達里奧 吉爾(Dario Gil)對谷歌的結果表示祝賀，但他也擔心“量子霸權”一詞可能會導致量子計算研究領域之外的人對此期望過高。他表示:“我們需要制造更有實用價值的機器，但不是現在也不是明年。”“這仍需要一些時間。”（皎晗）