量子计算机首超超算“量子计算”时代开启？

美国谷歌公司研究人员近日在美国国家航空航天局(NASA)官网上发表论文，称其所研究的量子计算机仅需3分20秒就可完成目前全球最快超级计算机(“超算”)“顶点”需一万年才能完成的计算。

谷歌称这是量子计算机发展的一个重要里程碑，并以此宣称自己已经成功实现了“量子霸权”。但这个“第一”充满了争议：NASA官网随后删除了论文，称该研究尚未经过同行评议，可能为误发；对手IBM则称该系统是专门为解决单个问题而设计的硬件，而非通用计算机。无论这个第一是否算数，研究人员普遍认为，量子计算机距离解决任意实际问题还需要数年时间。

证明量子优势的计算机

这篇论文的题目是“使用可编程超导处理器的量子优势”，并详细介绍了谷歌所说的第一个只能在量子处理器上执行的计算。英国媒体在这篇论文被删除前保留了一份副本，“据我们所知，这个实验标志着第一个只能在量子处理器上进行的计算。”这篇论文写道。

据英国媒体20日报道，谷歌的量子计算机名为Sycamore，有54个超导量子位元，其中在测试期间工作的超导量子位元有53个。它的计算任务是“证明随机数发生器产生数字的随机性”。

据报道，Sycamore能够在3分20秒内完成上述计算，而世界上最快的传统超级计算机“顶点”解决同样的问题大约需要1万年。这意味着传统计算机无法就此进行计算，并使得Sycamore成为第一个证明量子优势的计算机。

距离解决实际问题还需数年时间

论文同时指出，尽管这台计算机实现了“量子霸权的实验”，并预示着“备受期待的计算范式的出现”，但它只能够执行单一的、高度技术性的计算，量子计算机距离解决实际问题还需要数年时间。

据报道，谷歌在2017年首次组装了一台量子计算机，但这次尝试没有成功，因为这个含有72个超导量子位元的系统太难控制了。后来，谷歌与美国国家航空航天局合作，共同开发量子计算机技术。不久后，谷歌开发出54个量子位元设计的Sycamore，用于实现新的突破。

然而，至少有一家竞争对手对谷歌宣称的成就提出了质疑。在接受英国媒体采访时，IBM研究主管吉尔表示，谷歌宣称已取得量子霸权地位“完全是错误的”。吉尔说，谷歌的系统是专门为解决单个问题而设计的硬件，并不是一台通用计算机。在开发量子计算机的竞争中，IBM是谷歌的最大竞争对手。

量子霸权

加州理工学院教授普雷斯基尔在2012年提出了“量子霸权”的概念，即量子计算机能在特定问题上超越世界上性能最好的经典计算机。

量子力学法则

量子计算机依据一套完全不同于经典计算机的量子力学法则运行。量子位是量子计算机使用的基本信息单位。经典计算机中的比特为0或1，基于此进行二进制运算。量子位利用了被称为叠加的量子现象，这意味着它们本质上同时以1和0的形式存在。

计算方法

量子计算机在计算方面的优势在于，它成倍地增加了可以处理的信息量——在理想状态下，50个量子比特一次可以进行2的50次方次运算，这已经是个天文数字。

“IBM Q系统1号”有面包车大小

在今年1月的消费电子展上，IBM推出了第一台商用量子计算机。这台电脑被称为“IBM Q系统1号”，大约有一辆面包车那么大，通过云计算提供计算能力。

尽管“IBM Q系统1号”还远不是一种实用的计算设备， 但业内人士认为它比以前的量子计算机更加可靠——量子计算芯片非常不稳定，容易受到热电干扰，而IBM的新设计能够将这种干扰降到最低。

一些专家也表示，虽然Sycamore可能成功地完成了上述任务，但它很可能是经过训练才得以处理这个任务的，这意味着它不会在其他没有经过训练的任务上取得同样的成功。

前景巨大应用广泛

研究人员对量子计算机的发展更为乐观。“谷歌最近宣布实现量子霸权的成就是里程碑式的。”英特尔量子硬件主管克拉克说，“我们将和业界一起努力，快速推进相关领域的研究，以实现量子计算的真正潜力。虽然这项技术的研发还处于马拉松比赛的前1公里，但我们坚信它的潜力。”

南加州大学的里德尔教授也称赞谷歌系统减少了“串扰”，即量子计算机的量子位相互干扰的问题。“(谷歌)展示了一条量子计算的道路，一旦你拥有了一台能完全纠正自己错误的量子计算机，就会看到无限可能。”他说。

谷歌预计，量子计算机的能力将以“双指数速度”增长，而传统计算机长期以来一直遵循摩尔定律，即每隔18个月左右，计算机的能力就会增长一倍。

研究人员预计，量子计算能力一旦开发出来，量子计算机有望在密码学、化学、人工智能和机器学习等不同领域产生巨大影响。

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