谷歌低调宣称“量子霸权”遭打脸，人类离量子时代还有多远

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IT之家11月29日消息1903年12月17日，在北卡罗来纳州的基蒂霍克，奥维尔·莱特驾驶着他和兄弟威尔伯一起建造的飞行器飞行。12秒后，奥维尔经历了一次颠簸的着陆，他的旅程结束了，而飞机时代就此开启。

但对于当时的报纸读者来说，他们可能都没意识到发生了什么历史性事件。一篇关于莱特兄弟的文章被广泛转载，标题谨慎地写着“看来是一次成功”，并表示这个消息“令人兴奋”，但文章并未将奥维尔的短暂飞行视为人类具有里程碑意义的时刻。甚至几年后，另一个故事将莱特兄弟描述为“迄今为止最成功的飞行器的发明者”。

说到这儿，我不禁联想到了谷歌在今年10月受到的近乎冷淡的对待，当时谷歌发表了一篇研究论文，称其在加州Goleta的研究团队使用了实验性量子计算机，其处理器被称为“Sycamore”，可以在200秒执行一个随机数生成工作。据其称，即使是如今最快的传统超级计算机也需要1万年才能完成上述工作。

谷歌的科学家们宣称，他们已经取得了“量子霸权”，建立了一个量子系统，能够完成传统计算机根本无法完成的任务——除非你愿意为了一个结果等上一万年。多年来，量子观察家们一直在等待这样一个时刻的到来，他们在谈论这个时刻时，往往会提到莱特兄弟。

但是当谷歌在正式宣布它的成就时（该消息在一个月前泄露），它的量子计算竞争对手IBM已经宣称量子霸权时刻还没有到来。该公司表示，安装在橡树岭国家实验室的最先进的200-petaflop IBM超级计算机可以在两天半内执行谷歌的基准任务。这远不及Sycamore的速度快，但也足以成为一个合理的选择。

对于大部分人来说，裁定谷歌和IBM的意见分歧，是一项不切实际的任务。但是，量子霸权的理念，以及它如何与过去技术进步的决定性时刻相对应，还是值得思考的。

这里需要考虑到一些技术细节。

从1956年的UNIVAC 1到你口袋里的智能手机，再到今天最强大的超级计算机，“传统计算机”囊括了一切基于传统的1和0的数字运算。相比之下，量子计算机利用完全不同的概念、物理和技术，其基本构件是一个量子比特或量子位——它可以表示1、0或同时表示两者。这使它们有潜力以传统计算机无法匹敌的速度执行艰巨的计算任务。

即使你认同IBM的立场，即它的超级计算机本可以在两天半内完成谷歌的基准测试，而不是用一万年的时间，但谷歌的Sycamore仅用200秒就完成了测试，这一事实应该会激发你对量子计算潜力的兴趣。

但“量子霸权”这个词本身就具有一种划时代的终局性，仿佛它的实现将立即迎来传统计算机的末日。谷歌在圣巴巴拉的实验，即使从最有利的角度来判断，也没有做到这一点。正如IBM的反驳所指出的那样，未来更有可能涉及到传统计算机和量子计算机的协同工作。

“量子霸权”一词最初由加州理工学院的教授John Preskill创造并解释，Preskill教授在2012年发表的论文中表示，量子霸权不是一个拐点，而是一个新时代的钥匙。

在谷歌、IBM和其他地方进行的量子计算机研究的全部目标，是制造出能够处理传统计算机根本处理不了的任务的计算机，这些任务具有改变世界的意义，例如对复杂的分子进行建模。

相比之下，谷歌的随机数字练习相对平淡，除了那部分只需要200秒。该项目理论团队的负责人Sergio Boixo称其为“量子计算机的‘Hello World’程序”，相当于程序员用一种新语言进行超级简单的编程练习，只是为了确认一切都在按照预期进行。“这是我们想做的第一件事，”他解释道。

尽管谷歌为自己赢得了量子领域的最高奖项，但它也承认，在量子机器广泛应用之前还有大量工作要做。

在量子计算机领域，有两个终极问题正待解决，毕竟如果这两个问题不解决，一切都是白搭。其一就是量子精度的问题，由于各种复杂的原因，量子计算机的错误率非常高，可能计算100次10 10这种简单问题时，就有一次会出错，但值得注意的是，一直用量子霸权做噱头的谷歌，却从未公开表示在这方面有所突破，因此，谷歌这台量子计算机的运算正确率可能令人堪忧。

另一个问题就是量子扩展性的问题，量子计算机的量子位越高，整体运算精度反而却会出现下降，就目前来看，尚不清楚谷歌的量子计算机是多少位，也不清楚谷歌是否真正攻克了这个阻碍人类进步的难题。

硬件团队的一名成员Marissa Giustina用一块白板画出了一条时间线，显示出目前距离容错、纠错的量子计算机成为主流现实还不到一半的时间。

归根结底，我们不应该以谷歌的量子计算机是否淘汰了其他计算方法来评判它，就像我们不应该纠结于莱特是否扼杀了热气球一样。

在谷歌于Goleta举办的活动上，Neven提出了另一个与人类征服天空有关的类比：苏联在1957年发射了第一颗人造卫星Sputnik 1。“我们听到的一个批评是‘谷歌，你捏造了一个人为的基准问题——它还没有做任何有用的事情，’”他说。“人造卫星当年也没起多大作用。它环绕地球，发出嘟嘟声。但这是太空时代的开始。”

虽然这就是事实，但在1957年，人们对此并不在意。美国报纸对人造卫星的发射给予了极大的关注，但倾向于将目光投向俄国人是否打算使用其新技术监视美国或向其投放炸弹。只有当美国认真对待人造卫星时，人们才弄清楚为什么人造卫星如此重要——但这已经是后话了。

现在，最有趣的历史典故是UT的Aaronson在他自己的网站上发表的一篇博文。仔细思考谷歌的研究论文和IBM对此的反应，他得出结论，认为IBM可以在其最好的超级计算机上与谷歌的Sycamore计算结果相媲美，这可能是正确的。

但他仍然认为谷歌的成就具有历史意义。当他提到1969年阿波罗11号登月时，并不是说谷歌完成了类似的事情，而是说量子霸权根本不是那样的：从一开始就很明显，量子霸权不会像登月那样具有里程碑意义，这是一瞬间就可以实现的，然后每个人都可以随时了解。这更像是消灭麻疹：它可以被实现，然后暂时无法实现，然后再次实现。顾名思义，量子霸权是指击败某种事物，即传统计算，而后者至少可以在一段时间内进行反击。

人类的进步很少是在一分钟内实现的，对此，每个人都很清楚。因此，在评估谷歌的全部影响之前，等待时机才是上上之策——即使我们还没有进入量子计算即将称王称霸的时代，也要评估它的价值。