在过去几周里，相信每一个喜欢上网冲浪的小伙伴都对“量子”这个词不陌生，前有量子波动速读（Quantum Speed Reading 简称QSR），后有E飞量子养宫宝，一部部由无良商家上演的魔幻现实主义大戏不断刷新着公众的认知。
而就在10月23日，谷歌在《自然》150周年纪念特刊发布论文表示，一台量子计算机超越了最快的经典超级计算机，传统算法在目前最先进的超级计算机Summit上要1万年才能算出的东西，量子计算机200秒就搞定了。
《自然》封面：
基于可编程超导处理器的量子霸权 | nature.com
《自然》新闻上发表关于“谷歌量子霸权”的文章
据此谷歌的研究人员宣布已经实现了量子霸权（quantum supremacy），这一量子计算领域期待已久的里程碑。
什么是谷歌的量子霸权
（quantum supremacy）
量子计算中量子霸权一词，由加州理工学院的量子理论学家 John Preskill 在 2012年 提出，最初的含义是指量子计算机可以完成传统计算机无法完成的工作。
今年9月份在合肥举办的新兴量子技术国际大会的白皮书指出，量子计算研究可以沿如下路线开展：“第一个阶段是实现量子优越性，即针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标将在近期实现；第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统；第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，还需要全世界学术界的长期艰苦努力。”
上面提到的“某个特定问题”，即经过精心设计，非常适合于量子计算设备发挥其计算潜力的问题。这类问题包括随机量子线路采样（Random Circuit Sampling）、IQP线路（Instantaneous Quantum Polynomial）、玻色采样（Boson Sampling）。
而谷歌量子AI团队所针对的问题是随机量子线路采样。
量子计算机
所谓随机量子线路，简单说就是随机从一个量子门的集合中挑选单比特量子门，作用到量子比特上，每作用一层单比特量子门，就会接着做一层两比特量子门，多次重复这样的操作后，测量最终的量子态，即完成一次采样。谷歌为什么挑选这样的问题？主要有两个原因：第一，随机线路采样问题非常适合于在二维结构的超导量子计算芯片上实验实现；第二，已经有很多理论工作证明了随机线路采样问题的困难性。
谷歌量子计算机Sycamore处理器
共有54个量子比特，每个量子比特都由超导环构成。
来源 ：Erik Lucero
在《自然》杂志上发表的论文显示，最新实验基于一个包含54个量子比特的量子芯片“Sycamore”。不过，由于有1个量子比特无法有效工作，处理器实际只用了53个量子比特。研究团队说，由这个处理器在200秒内完成的一项任务，如果用当前全球最好的超级计算机完成需要约一万年。谷歌公司首席执行官孙达尔·皮柴接受媒体采访时说，此次成果在量子计算发展史上的地位，可媲美飞行史上莱特兄弟发明飞机时成功的12秒首次试飞。
谷歌认为自己的成果具有里程碑式的意义并选择霸权这个词来描述，是要强调“远远甩在后面”，而不只是略微的优势。这就引起了很多人的质疑。
IBM：需要一万年？
早在消息传出的第一时间，IBM 的研究主管 Dario Gil 就提出过质疑，称“霸权（supremacy）”这种字眼会对人产生误导。
IBM 的研究者在 arXiv 上发表了一篇名为《Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits》的论文，称在我们的经典超级计算机Summit上模拟谷歌的量子电路根本不需要一万年，2 天半就能做到。当然，这个 2 天半也是估算。
谷歌研制的量子计算机（左）
世界上最快的超级计算机：IBM的Summit（右）
图片来源：Google/OLCF
所以量子计算机可以完成传统计算机无法完成的工作这一目标还未实现。作为国际上两家全力推进量子计算研发的顶级科技巨头，谷歌提出“量子霸权（quantum supremacy）”，IBM 提的是“量子优势（quantum advantage）”。后者显然温和得多。
IBM负责量子战略和生态的副总裁罗伯特·苏托尔此前接受新华社记者采访时指出，“量子霸权”这一概念本身并不具有太大意义，怎样利用量子计算机帮助人类解决金融、物流、医药等行业实实在在的问题，才是量子计算真正的发展方向。
IBM Q system
国内相关领域进展
我国在超导量子计算领域起步较晚，相比于谷歌这个领头羊，我们国内的相关科研团队仍处于追赶地位。可喜的是，近年来，中科大、浙大、中科院物理所里多个科研团队，已经突破了20个量子比特的超导量子计算技术。目前，他们正在攻关50比特量子计算技术，并有望在明年底实现“量子优越性”。
我国在量子计算领域与美国存在差距，但不存在代差，如果可以得到持续的投入和支持，未来可期。
今天的“不自量力”小课堂就到这里了！
没太明白的小伙伴可以采用量子波动速读的电子版本（QSR electronic version），快速滑动屏幕试试！
参考
1.谷歌宣称首次实现了量子优越性，IBM“不服”，中国同行咋看？
2.量子霸权之争
3.IBM直怼谷歌「实现量子霸权」：1万年太久，经典计算机只需2天半
4.www.nature.com/articles/d41586-019-03213-z
-中国科大研究生会-
-宣传部-
编辑 | Quantized PU
审校 | 米诺 梁文海
图片 | 来源于网络
