当地时间10月23日，美国科技巨头谷歌在英国《自然》杂志上刊登论文，宣称其量子计算器已经实现了“量子霸权”(quantum supremacy)。谷歌首席执行官桑德尔·皮查伊(Sundar Pichai)发表文章，说谷歌一共花费了13年的时间来达成这一突破。

资料图：量子信息展区内，量子剧场沉浸式体验空间。韩苏原 摄

“量子霸权”是什么？

“量子霸权”这一概念是2011年，美国理论物理学家约翰·普瑞斯基尔(John Preskill)提出。这里的“霸权”并非我们平时理解的“霸权主义”，量子霸权是一个专有名词，意思是在处理同一个问题时，量子计算拥有了超越所有古典(非量子)计算机的能力，实现量子计算机特有优势。在物理实验领域，由于迄今没有任何一台量子装置在实际的测试中验证这一能力，因此，谁能证明这种能力，就代表了实现“量子霸权”。

“量子霸权”的实现之所以重要，是因为这就代表量子计算能力从理论变成了实际，随之而来的就是新的计算能力的飞跃。

一般观点认为，量子计算机至少需要 49 个“量子比特”才能达成“霸权”目标。量子比特(Qubit)与传统计算机的比特(bit)具有截然不同的特性，传统计算器只能在一个比特中表达“1”或者“0”，但由于量子效应，量子字节的位置、方向、动量等数值无法得到明确定义，因此能够同时表示“1”和“0”组成的叠加(superposition)状态。根据谷歌CEO皮查伊文章，所以如果你有2个量子比特，就会同时有四种可能状态，这种计算状态会呈“指数级”增长。

谷歌的“量子霸权”

在公布论文前，谷歌已经凭借着庞大的量子计算机规模在竞争中处于领先地位。2018年，谷歌展示了73量子比特计算机，该计算器明显强于位列第二的竞争对手IBM在今年9月18日公布的53量子比特研究成果。

谷歌在《自然》的论文中表示，这次“量子霸权”实验中，谷歌使用了规模较小的54比特Sycamore计算机。该计算机能够在200秒内完成世界上最强大的超级计算机花费10000年所需的随机数计算量，这让目前所有传统计算机相形见绌。

巨头之争

早在2019年9月20日，谷歌曾向美国航空航天总署(NASA)提交了一份报告，称其研发的量子计算机成功在200秒时间内，完成现存最先进的传统超级计算机 Summit 需1万年时间处理的问题，全球首次实现量子霸权。

不过该报告后续引发了较多争议，最终并未获学界认可。

而美国另一科技巨头IBM在9月谷歌声称“实现量子霸权”时就提出了质疑。IBM在论文中批评，谷歌称自己实现“量子霸权”的说法具有误导性。

由于谷歌的论文提前遭到泄露，IBM在21日发表博客，表示谷歌声称的“量子霸权”存在巨大缺陷，并没有完全利用现代超级计算机的计算能力，Summit完成谷歌声称的计算只需要2天半，根本用不着一万年。IBM说，在估算其传统超级计算机执行计算所需的时间时，谷歌“未能充分考虑大量磁盘存储”的开销。

尽管IBM想要淡化谷歌的成就，不过科学研究界人士对此表示欢迎，《纽约时报》称科学家将此成果与莱特兄弟1903年的首次飞机飞行相提并论。

据介绍，此次“量子霸权”计算研究者随后还会参与研究成果的讨论。