但谷歌的競爭對手國際商業(yè)機器股份有限公司（IBM）連發(fā)駁斥，認為谷歌這是在炒作，兩個科技界大佬在量子計算領域的爭論瞬間成為熱門話題。

什么是量子霸權？

網(wǎng)友們請放下你準備搜索的鍵盤，讓我來解釋一下“什么是量子霸權”。

Quantum Supremacy，中文翻譯為量子霸權，這里的“霸權”并不是我們常理解的霸權主義的那個“霸權”，量子霸權屬于專有名詞，意思是在處理同一個問題時，量子計算擁有了超越所有經(jīng)典計算機的計算能力，實現(xiàn)了量子計算機的特有優(yōu)勢。

實現(xiàn)量子霸權，將代表超越經(jīng)典的量子計算能力從理論走進實驗，標志著一個新的計算能力飛躍時代的開始。當前實現(xiàn)量子霸權絕非易事，而且，實現(xiàn)量子霸權也只是一個開始，離實現(xiàn)實際的量子計算機尚有很大距離。

自 2011 年約翰·普瑞斯基爾（John Preskill） 教授在一次演講中提出“量子霸權”的概念，IBM、Google、Intel、微軟，以及一些創(chuàng)業(yè)公司就開始加大對量子計算的投資和研發(fā)；該領域的競爭也越來越激烈。

谷歌和IBM都已分別在2017年11月和2018年3月宣稱實現(xiàn)了50個和72個量子位的原型機。但在物理實驗上，此前還沒有任何一臺量子設備在實際實驗中展現(xiàn)出這種能力。誰能夠證明這種能力，誰就能號稱實現(xiàn)量子霸權。

谷歌“自封”量子霸權？

根據(jù)量子物理學的理論，量子計算是高速信息處理的開發(fā)科技。現(xiàn)代計算機使用0或1比特(bit)為代表的電子或光學的脈沖流，只有“開”和“關”兩種狀態(tài)。

一臺量子計算機存儲數(shù)據(jù)方式是是“量子比特(Qubit)”，即電子或光子等亞原子顆粒，可以是介于0和1之間的任何狀態(tài)。對這些亞原子顆粒的操控就能比普通二進制數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生更強的計算力和更高的計算速度。

2019年9月底，谷歌提交給NASA的一篇論文被泄露，該論文聲稱谷歌已經(jīng)能夠利用一臺 53 量子比特的量子計算機實現(xiàn)傳統(tǒng)架構計算機無法完成的任務——在世界第一超算Summit需要計算 1 萬年的實驗中，谷歌的量子計算機只用了 3 分 20 秒。

據(jù)悉這份論文后來引發(fā)了較多爭議，最終并未獲學界認可。

創(chuàng)造出“量子霸權”這個術語的 John Preskill 教授警告，這一成果目前還僅存在于谷歌的論文中，并不代表量子計算機會在現(xiàn)實生活中有此等表現(xiàn)。

后來，這篇論文被 NASA 刪除。有消息稱，論文被刪是因為谷歌的研究尚未經(jīng)過同行評審和討論就被 NASA 發(fā)表，這是不符合流程的。另一方面，谷歌和 NASA 都拒絕證實論文的真實性。

不過谷歌在2019年10月23日發(fā)布博客，稱在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表了一篇論文，其位于加州圣巴巴拉的研究實驗室已經(jīng)實現(xiàn)量子霸權，谷歌也成為世界上首個宣稱實現(xiàn)“量子霸權”的公司。谷歌首席執(zhí)行官桑德爾·皮查伊(Sundar Pichai)在文章中說，谷歌一共花費了13年的時間來達成這一突破。

一般觀點認為，量子計算機至少需要 49 個“量子比特”才能達成“霸權”目標。量子比特與傳統(tǒng)計算機的比特具有截然不同的特性，傳統(tǒng)計算器只能在一個比特中表達“1”或者“0”，但由于量子效應，量子字節(jié)的位置、方向、動量等數(shù)值無法得到明確定義，因此能夠同時表示“1”和“0”組成的疊加(superposition)狀態(tài)。

根據(jù)谷歌CEO皮查伊文章，所以如果你有2個量子比特，就會同時有四種可能狀態(tài)，這種計算狀態(tài)會呈“指數(shù)級”增長。

IBM：我反對！

IBM也在努力實現(xiàn)這個目標，在這之前，谷歌已經(jīng)憑借著龐大的量子計算機規(guī)模在競爭中處于領先地位。2018年，谷歌展示了73量子比特計算機，該計算器明顯強于位列第二的競爭對手IBM在2019年9月18日公布的53量子比特研究成果。

IBM這次也馬上對谷歌確立量子主宰地位的宣稱提出了質疑，理由是一臺現(xiàn)代計算機也可以在兩天半的時間里同樣理想地解決谷歌的問題，而不是谷歌宣稱的一萬年。

IBM指出，量子主宰地位只有在“量子計算機能夠完成傳統(tǒng)計算機無法完成的工作時”，才算確立。公司表示，谷歌完成了一次“可畏的挑戰(zhàn)”，但并沒有跨越那道門檻。

IBM 近日在 Arxiv 上發(fā)表了一篇由五名研究人員合著的論文來駁斥谷歌的觀點?！拔覀兌卮贅I(yè)界用質疑的態(tài)度來對待這一歷史上的首次‘宣稱’，即量子計算機能夠實現(xiàn)經(jīng)典計算機不能實現(xiàn)的任務?！盜BM表示，“谷歌聲稱自己實現(xiàn)量子霸權的說法具有誤導性，讓人們以為自己進入了一個新的計算時代，而量子計算機和經(jīng)典計算機之間的巨大差異并不會讓兩者分割，而是在未來協(xié)同工作?！?/p>

雖然，IBM 本次拆臺谷歌看起來似乎是一個充滿挑釁的舉動，但 IBM 頂級量子研究人員兼量子計算總裁（也是本次論文的合著者之一）Jay Gambetta 表示，他們的動機主要是基于技術問題；更重要的是對“量子霸權”這種說法的不滿，而不是存心與谷歌對抗。

谷歌：反對無效！

盡管IBM想要淡化谷歌的成就，不過科學研究界人士對此表示歡迎，《紐約時報》稱科學家將此成果與萊特兄弟1903年的首次飛機飛行相提并論。

谷歌對此表示，盡管利用一臺處理機完成一次計算可能是有限的，但這只是第一步。皮查伊也予以還擊，并把首次實現(xiàn)“量子霸權”的意義與萊特兄弟的首次試飛相提并論。皮查伊表示：“人類的首架飛機飛行時間只有12秒，因此也不可能有實際的應用。但這證明了飛機飛行的可能性。”

也許在未來十年內，人們都無法看到量子計算機給世界帶來實際的改變。但谷歌預測，量子計算機的潛在應用包括飛機和汽車輕量化電池的設計以及藥物設計等。

谷歌也承認，量子計算機要實現(xiàn)必要的計算能力，還需要工程界和科學界很多年的努力?！暗俏覀兛吹搅诉@條路是清晰的，并且會一致朝前走?！惫雀璞硎尽?/p>

谷歌還表示，他們將盡快開發(fā)一款能夠“容忍噪音和錯誤”的量子計算機。這種量子計算機原則上能夠處理任何問題。理論上講，它們需要更強大的處理器，能夠包容更多的量子比特，而且為了達到糾錯功能，還需要機器冗余。不過業(yè)內預計，要實現(xiàn)這樣的技術至少還要等上10年左右。

業(yè)內怎么看？

一位量子信息技術的從業(yè)人員在接受第一財經(jīng)采訪時表示：“通過論文的預印本補充材料可以看出，谷歌用作對比的經(jīng)典算法降低了經(jīng)典計算機的‘智商’，是拿完全沒有優(yōu)化過的‘最笨’的算法來進行對比，因此有點夸大對比結果之嫌?！?/p>

如果像IBM所說的，經(jīng)典計算機需要2.5天解決的問題，量子計算機用了200秒解決，這與谷歌宣稱的一萬年與200秒的對比，效果上打了不少折扣，也就是說量子計算機的優(yōu)勢并不那么明顯。

但由于“量子霸權”并沒有對量子計算機比經(jīng)典計算機快多少做出定義，理論上只要量子計算機被證明快于經(jīng)典計算機，都能被視為實現(xiàn)“量子霸權”。

麻省理工學院教授Peter Shor認為，量子計算機和經(jīng)典計算機的速度是很難做比較的?！斑@就好像無法回答‘火車要比船快多少的問題’。”Shor教授在近期上海舉行的一場墨子沙龍上表示，“這不僅僅取決于運輸方式，還取決于目的地在哪里。”

Shor指出，公眾的一個誤區(qū)是往往局限于計算機的速度多快，而忽視了它的記憶和儲存。他解釋道：“量子計算機上的每一步幾乎肯定要比傳統(tǒng)計算機要復雜，但是量子計算機可以利用量子力學特性的算法，大大減少所需要的部署，從而加快計算的速度，這個是傳統(tǒng)計算機所不具備的。”

對于量子計算機的商業(yè)化前景，谷歌表示：“對于量子計算的保守估計，投資者預計只能在長期獲得回報。盡管如此，我們依然認為，隨著小型的量子計算機會在5年內逐漸興起，短期的回報仍然是有可能的，雖然這些設備無法實現(xiàn)完全的糾錯功能?！?/p>

“霸權”與“優(yōu)勢”

Quantum Supremacy 中的 Supremacy ，本身就有至高無上的意思，中文直接把它翻譯為“霸權”也沒毛病，把它的標準翻譯為“稱霸標準”，但是這較容易引發(fā)誤會和反感。

畢竟稱王稱霸的，最后都沒什么好下場。

就連 John Preskill 教授自己最近也開始反思“量子霸權”一詞的不妥之處。

IBM 也提出了自己的意見，認為“霸權”和“實現(xiàn)量子霸權”等字眼會誤導公眾。首先，正如上文所提到的，真正的量子霸權尚未實現(xiàn)；其次，每種計算機都具有其獨特的優(yōu)勢，因此，量子計算機也不會凌駕于傳統(tǒng)計算機之上。所以在谷歌聲稱實現(xiàn)量子霸權的時候，IBM 也提出了另一個概念，叫做量子優(yōu)勢（Quantum Advantage），聽起來是不是更好接受一點？

而學界認為，IBM 提出的量子優(yōu)勢，與量子霸權已經(jīng)不屬于一個概念范疇。量子優(yōu)勢針對的是真實的應用場景，展現(xiàn)出量子計算超越經(jīng)典計算的能力。言下之意，就是量子優(yōu)勢不僅要體現(xiàn)出計算能力的碾壓，還得催生出商業(yè)價值來。所以 IBM 的研究之路與谷歌又有所不同，主要是聯(lián)合了多家大型企業(yè)研究部署量子計算云平臺，快速實現(xiàn)商業(yè)價值。

兩個名詞的背后，是兩個不同的研究方向，或者說兩種不同的利益驅使。

不管是量子霸權也好，量子優(yōu)勢也好，沒有人能預測它在什么時候到來，我們只需要知道，有關它的真實研究成果，最終影響的是國家乃至世界的量子技術發(fā)展格局。量子計算很有可能成為第四次工業(yè)革命的其中一個分支，所以各方大佬都很急，但急也沒有用，重要的還是尊重科研規(guī)律。