谷歌打出量子计算的 hello world，他们到底在谦虚什么？

摘要

谷歌一小步，量子计算……

当地时间 10 月 23 日，谷歌在《自然》（Nature）上发布论文，再次向外界证明公司团队已经通过实验实现「量子优越性」（Quantum Supremacy，此前习惯称作「量子霸权」）。

之所以说再次，是因为一个月之前，谷歌曾经和 NASA 联合在网上泄露类似的实验成果，声称取得了「量子优越性」。消息曝光，各界反响不一。论文中，谷歌设计了一个实验问题，用其团队的 53 量子计算机破解只需要 200 秒，而用传统计算机则需要一万年——这也是「优越性」之所在。

耐人寻味的是，另一家在量子计算领域投入力度很大的巨头，IBM 在三天前公司曾经发布公开信，驳斥谷歌的论文「带偏舆论」，甚至将「量子霸权」这个用法本身也进行了质疑。谷歌并未回应，直到昨天。

谷歌 CEO 桑达尔·皮查伊 也在当天发布 Bolg，表达对公司量子计算团队取得成绩的欣喜。皮查伊称团队算是实现了量子计算的「hello world」时刻。

10 月 24 日，谷歌量子团队的三位科学家 Yu Chen、Andrew Dunsworth 和 Anthony Megrant

接受了极客公园（id: geekpark）的采访，向媒体解释了其实验的细节，以及其后的发展和应用可能性。

「优越性」何来

Quantum Supremacy，这个词汇来自 John Preskill 教授，指的是在某些任务上，量子计算机相比传统架构计算机在计算能力上有着无可比拟的优势。Supremacy 本意指的是「至高无上」或者

「至尊」，翻译成「霸权」并无不可。另外，正如皮查伊在接受采访时曾经表示，「量子霸权」这个词本身是一个表现「技术的艺术之美」的词汇，并无更多延伸。IBM 曾经建议用新词汇 Quantum Advantage 来代替前者，显然谷歌听劝了，工作人员一直强调将 Supremacy 翻译成「优越性」更合适。

根据论文，谷歌团队设计了一个实验，令其量子计算机 Sycamore 描述一个量子版本随意数字产生器所创造的不同结果的可能性。团队通过随机动作让 53 个量子比特通过电路，后者产生 53 位比特流（digit string），共产生 2 的 53 次方组合可能。由于这个产出无法被计算，所以是随机的。通过对电路进行 100 万次采样，Sycamore 能够计算出其随意数出现的可能性。

事实上这段文字来自《自然》杂志，如果你没法看懂，也没有太大关系。极客公园尝试让谷歌团队的三位科学家用简单的比喻，来向普通人解释这个实验，他们也表示无能为力。「简单的要点就是，如此超强的算力和新型算法，是第一次出现。」其中一位科学家在采访中说到。

该任务使用谷歌的可编程超导处理器能够只需要用 200 秒时间即可完成任务，而如果使用传统架构计算机，即便是排名世界第一的超级计算机 Summit（美国能源部橡树岭国家实验室）也需要 1 万年这个理论可行实际不可操作的时间才能完成，这种「完胜」不管是叫「霸权」，还是叫「优势」，区别其实不大。

当然对手 IBM 指出，谷歌对传统超算需要 1 万年时间的估计有误，如果使用 IBM 的方式，使用传统超算完成相同任务只需要 60 小时，这还是在软硬件有升级空间的情况下，所以 1 万年的说法站不住脚，「霸权」不够，只能算「优势」。

当然，不管是「霸权」还是优势，谷歌团队所做的努力在量子计算领域依然有里程碑意义，几位科学家将其和莱特兄弟当年的试飞相提并论——重要的不是飞了多久，而是飞起来这件事意义更大。莱特兄弟在 19 世纪末试飞了第一架飞机，可是直到几十年后，人们才开始真正开始使用飞机作为乘用工具。从目前来看，量子计算可能也需要花费这么长时间。

优势所向

谷歌团队此次的论文，是否代表我们已经进入了量子时代？答案估计是否定的，毕竟，谷歌团队的实验主要是为了证明「量子优越性」这个概念本身，也就是说实验本身是为了实验而实验，目前并不能解决现实中的问题。业内普遍人为，要达到类似目前传统计算机的通用计算形式，量子计算至少需要能控制 100 万量子比特。挑战在于，量子比特不像比特那样容易控制，维持其较脆弱的状态相当难，同时也要控制量子比特增加带来的「噪音」问题。

「可以增加（量子计算硬件）规模，但是非常难。」谷歌量子计算团队硬件主管 Yu Chen 在采访中说到。

所以，这个能描述随机数字出现可能性的量子计算实验，到底能做什么？答案是，可以检测随机数字是否真的随机。这段看起来很拗口的表述并非哗众取宠，随机数对于彩票和加密等领域来说非常重要，这也是为什么人们人为量子计算将会给加密领域带来很大影响——此前被人为无法用算力破解的密码组合，对于量子计算来说已经有破解的可能。

「不过谷歌内部其实已经有团队在研究『后量子时代』的加密方法。」谷歌工作人员透露。

谷歌科学家透露，通过量子计算人们能更好的了解分子和原子的运行方式，所以人们有可能在未来使用这种计算方式，研发出更好的药物、更环保的塑料以及所有人最急切需要的——更好的电池。当然，这一切都需要达到「百万量子比特」阶段。

在桑达尔·皮查伊发布的 Blog 中，他引用天才又调皮的费曼博士对量子力学的评价：「如果你认为自己懂了量子力学，那你其实不懂量子力学。」从这个角度来看，量子计算与其说是科学，毋宁说更像宗教。功夫巨星李小龙曾经说过，截拳道之于武学，就像指向月亮的手指，重要的不是手指，而是月亮。

很显然，月亮并不需要「霸权」，就目前而言，只有谁指的稍微更准确一些而已。

图片来源：谷歌官网