沒(méi)必要對(duì)“量子霸權(quán)”恐慌

袁嵐峰

英國(guó)《自然》雜志近日刊登谷歌關(guān)于實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的論文引起輿論轟動(dòng)。對(duì)大多數(shù)非專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，很容易產(chǎn)生的疑問(wèn)是，谷歌所提到的“霸權(quán)”，究竟指的是美國(guó)高科技對(duì)其他國(guó)家的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，還是谷歌對(duì)其他企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)？

實(shí)際上，量子霸權(quán)是一個(gè)科學(xué)術(shù)語(yǔ)，跟國(guó)際政治無(wú)關(guān)。它指的是量子計(jì)算機(jī)在某個(gè)問(wèn)題上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基本單元是“比特”，即一個(gè)體系有且僅有兩個(gè)可能的狀態(tài)，好比一個(gè)開(kāi)關(guān)。而量子計(jì)算機(jī)的基本單元是“量子比特”，它好比一個(gè)旋鈕。一個(gè)比特只有兩個(gè)狀態(tài)，一個(gè)量子比特卻有無(wú)窮多個(gè)狀態(tài)。因此，量子計(jì)算機(jī)有可能做到傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)做不到的事。

特別值得注意的是，量子計(jì)算機(jī)并不是干什么都特別快，而是只針對(duì)某些特定的問(wèn)題才特別快。但在這些特定的問(wèn)題有一些非常重要，例如破解密碼和搜索數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，中美等國(guó)的如谷歌、IBM、阿里、騰訊等，都在投入巨資研究量子計(jì)算。

谷歌在《自然》雜志上發(fā)表的論文中宣稱，第一次對(duì)某個(gè)問(wèn)題，量子計(jì)算機(jī)超越了目前最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也就是實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)。這是一個(gè)經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)的有利于量子計(jì)算機(jī)的問(wèn)題。他們?cè)炝艘粋€(gè)包含53個(gè)量子比特的芯片，花了200秒對(duì)一個(gè)量子線路取樣一百萬(wàn)次，而現(xiàn)有的最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)完成同樣的任務(wù)需要10000年。但I(xiàn)BM給出了一個(gè)改進(jìn)的算法，一下子把傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)花費(fèi)的時(shí)間從10000年縮短到了兩天半。兩天半雖然還是比200秒長(zhǎng)很多，但畢竟是可以實(shí)現(xiàn)的了。這樣一來(lái)，就大大沖淡了谷歌成果的意義。

這并不說(shuō)明谷歌的成果就是個(gè)夸大其詞的“騙局”，我們重視量子計(jì)算，是因?yàn)樗臐摿?，而不是它的現(xiàn)狀。它的確具備革命性，只是還需要艱苦的努力，絕非一蹴而就，更不是已經(jīng)處在商業(yè)盈利的邊緣，等著大家一哄而上。

量子霸權(quán)一詞出世后，一些國(guó)內(nèi)媒體一味渲染其優(yōu)勢(shì)，兜售恐慌。實(shí)事求是地說(shuō)，中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域雖然整體而言落后于美國(guó)，不過(guò)進(jìn)步迅速，并不斷取得重要成果。就在《自然》雜志發(fā)表谷歌論文的前一天，中國(guó)科技大學(xué)的潘建偉和陸朝陽(yáng)等人上傳了一篇論文。他們的工作也是在對(duì)某個(gè)問(wèn)題尋求實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，雖然目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但關(guān)鍵指標(biāo)“態(tài)空間大小”比以前的同類實(shí)驗(yàn)增大了10個(gè)量級(jí)，因此這也是一條有希望的技術(shù)路線。

在實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的道路上，我們需要探索所有可能的途徑。無(wú)論是谷歌、IBM，還是中科大，各個(gè)國(guó)家、機(jī)構(gòu)和技術(shù)路線的百舸爭(zhēng)流，是這個(gè)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的最好景象。從增加研究投入、培養(yǎng)更多人才，到向公眾普及量子科學(xué)，我們可做的和需要做的有很多。我們需要的不是恐慌，不是狂熱，而是踏踏實(shí)實(shí)地努力?！ㄗ髡呤侵袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心副研究員，科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)）