谷歌声称他们的量子计算机可以在200 秒内完成超级计算机需要10,000 年才能完成的任务
北京时间10月25日消息，10月23日，谷歌研究人员在英国《自然》杂志《自然》（自然）杂志上发表论文称，他们已经成功证明了量子霸权。所谓量子霸权，实际上是指量子计算机对经典计算机的超越。其计算能力远远超过经典计算机，可以解决经典计算机在合理时间范围内无法解决的问题。
关于量子霸权的讨论听起来可能很熟悉。美国宇航局也对该论文做出了贡献。早在9月中旬，NASA就无意中在其官网发布了这项最新的量子计算研究成果，声称已经实现了量子霸权，随后又迅速撤下。虽然发表时间不长，但这篇论文已经在网络上引起了轰动。这并不奇怪，因为谷歌声称他们的量子计算机可以在200 秒内完成超级计算机需要10,000 年才能完成的任务。这样的结果实在是太惊人了。
Sycamore量子处理器的布局(a)和外观(b)。芯片中有54 个量子位。每个量子位（灰色）通过耦合器（蓝色）连接到最近的量子位。
超级计算机和量子计算机之间的主要区别在于它们存储信息的方式。超级计算机与任何传统计算机一样，都是二进制位，处理1 和0 的问题；对于量子计算机来说，涉及到量子比特的问题，可以假设0和1的任意排列。然而，这并不意味着一个量子位可以同时是两个矛盾的事物，就像薛定谔的猫一样，——既是活的又是死的，或者既是0又是1。
正如理论计算机科学家Scott Aaronson 在他的博客上所说，量子位是这个和那个的复杂线性组合，或者换句话说，是0 和1 的复杂线性组合。也许最接近的类比是，它可以是这个，也可以是那个。阿伦森指出，简单地说，你可以将量子计算机定义为利用这种新可能性的计算机。
为什么利用这种可能性会给量子计算机带来所谓的霸权？为了让您了解量子计算机的能力，您可以想象：通过量子力学方程的数值解在经典计算机上模拟量子计算机。
她继续说道，如果你这样做，那么经典计算机的计算负担会随着模拟量子位的数量呈指数级增长。你可以在一台PC上进行2或4个量子位的计算，但如果是50个量子位，则需要一个超级计算机集群。任何超过50 个左右量子位的计算目前都是无法实现的，至少在任何合理的时间内是不可能的。
谷歌的量子计算机是一种名为Sycamore 的紫色芯片。 Sycamore的本义是梧桐树。在论文给出的芯片图片中，可以看到一侧刻有Google AI Quantum，另一侧刻有梧桐和梧桐树。该量子处理器设计为使用54 个超导传输量子位。由于其中一个量子位无法正常工作，他们在实验中使用了53 个量子位，在对伪随机量子电路的输出进行采样的任务中将其计算速度与最先进的超级计算机进行比较。研究人员表示，Sycamore 的计算结构很少，因此成为基准测试的合适选择。相比之下，传统计算机的运行速度非常慢。他们得出的结论是，Sycamore 的成功预示着备受期待的计算范式的到来。
2012年，加州理工学院理论物理学家、量子信息与物质研究所所长约翰·普雷斯基尔提出了“量子霸权”一词，后来成为一个划时代的术语。普雷斯基尔的初衷是用量子霸权来描述量子计算机发展的关键节点。他本月在《量子》（Quanta）杂志上写道：我想强调，这是我们星球历史上的一个特殊时期，基于量子物理原理的信息技术方兴未艾。他似乎是在说，谷歌的实验结果应该有一些评论。
虽然谷歌团队承认他们的机器表现出了令人印象深刻的计算速度，但他们解决的问题都是经过精心挑选的，只是为了证明量子计算机的优越性，普雷斯基尔补充说，除其他外，（量子计算）并没有太大的实际意义。霍森菲尔德也有同样的感觉。她表示，目前的量子计算机似乎只是科学家的一个新玩具，因为虽然随机变量的生成可以用来检验量子霸权，但还不足以计算出任何有用的结果。
尽管如此，普雷斯基尔表示，谷歌在探索量子计算机的实用性方面迈出了重要的一步。他认为，有必要为即将到来的新时代创造一个词。这句话是NISQ（noisy middle-scaleQuantum），意思是嘈杂的中尺度量子。嘈杂这个词意味着不精确。对于量子位来说，获得无错误的计算仍然太难。 —— 量子计算机运行的时间越长，积累的错误就越多，计算的可靠性就越低。中等规模意味着目前的量子计算机刚好可以做到谷歌所做的事情，即在某些任务上轻松击败超级计算机，展现出量子计算的优越性。然而，量子计算机太小，最多只有几百个量子比特，无法做任何有价值的事情。因此，想要超越NISQ时代，还需要相当长的时间。
目前，量子霸权没有什么值得兴奋的。 Hossenfeld 表示，NISQ 这个术语实际上是为了让投资者相信量子计算将在未来几十年内得到实际应用。 NISQ 的问题在于，虽然它们可能很快就会实用，但没有人知道如何使用它们来计算有用的结果。也许永远没有人知道。霍森菲尔德补充道：“我现在担心量子计算会重蹈核聚变的覆辙，总是充满希望，但从未真正发生。”
可以理解的是，谷歌研究人员和他们的NASA 合作者对这种不确定性提供了更积极的解释。他们指出，量子计算仍处于过渡阶段。从纯粹的学术研究到成为解锁新计算能力的钥匙还有很长的路要走。我们距离有价值的短期申请仅一步之遥。谁知道这一天什么时候到来呢？ （任天堂）
