圖示：谷歌的量子計算機
據(jù)國外媒體報道，谷歌于當(dāng)?shù)貢r間周三表示，已經(jīng)實現(xiàn)“量子霸權(quán)”(quantum supremacy)，這種突破可以讓新型計算機以當(dāng)今技術(shù)無法想象的速度進行計算。
谷歌在《自然》(Nature)雜志上發(fā)表的一篇論文中正式聲明，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(quán)”，這也是科學(xué)家們自上世紀(jì)80年代以來一直在努力實現(xiàn)的目標(biāo)。谷歌的量子計算機完成了傳統(tǒng)計算機無法完成的任務(wù)。
谷歌在其論文中說，在計算一個特定問題上，世界上最強大的超級計算機Summit需要一萬年才能完成其量子計算機在3分20秒內(nèi)完成的運算。
(網(wǎng)易編輯注：“量子霸權(quán)”并不是指谷歌在量子計算上對于其他公司的霸權(quán)，或者美國在量子計算上對于其他國家的霸權(quán)，而是指量子計算機對于電子計算機壓倒性優(yōu)勢。由于量子計算機的原理與電子計算機不同，在特定一個問題上，可以用量子算法實現(xiàn)對電子計算機+傳統(tǒng)算法的超越。不過通用問題還不能解決。)
科學(xué)家們將谷歌的聲明比作1903年萊特兄弟的第一次飛行。這證明了一些事情確實是可能的，但可能要過很多年才能實現(xiàn)其潛力。
量子計算機是對量子力學(xué)進行了一個多世紀(jì)研究的結(jié)果，運行方式與普通計算機完全不同。其依賴于一些物體在亞原子水平或暴露在極冷環(huán)境下時令人難以置信的狀態(tài)，比如谷歌的量子計算機就將金屬冷卻到接近絕對零度。
研究人員確信，總有一天這些設(shè)備可能會推動人工智能的發(fā)展，或者輕而易舉地推翻現(xiàn)行的計算機加密技術(shù)。正因為如此，很多國家都將量子計算視為國家安全的重中之重。
但首先，科學(xué)家必須證明人類可以制造出這樣的機器。一些研究人員警告說,不要對谷歌實現(xiàn)的里程碑太過興奮，量子計算機走出研究實驗室還需要大量的工作。目前一臺量子計算機的造價高達數(shù)百萬美元。
包括微軟、英特爾、IBM以及谷歌在內(nèi)的許多科技業(yè)巨頭都在爭奪量子計算領(lǐng)域的一席之地。最近一項研究顯示，風(fēng)險投資家已經(jīng)向探索這項技術(shù)的初創(chuàng)企業(yè)投資了超過4.5億美元。
中國在國家級量子實驗室上投入了4億美元，近年來獲得的量子技術(shù)專利幾乎是美國的兩倍。美國政府今年也推出了自己的國家量子計劃(National Quantum Initiative)，承諾在包括計算機在內(nèi)的量子研究領(lǐng)域投入12億美元。
傳統(tǒng)計算機通過處理信息比特來進行計算，每個比特要么代表1，要么代表0。幾十年來一直如此。
圖示：量子計算機有著完全不同于傳統(tǒng)計算機的工作方式
理解量子計算機的不同之處需要接受這樣一個概念：當(dāng)一個物體在極小或極冷情況下時，可以同時表現(xiàn)得像兩個不同的物體。
通過利用這種奇怪現(xiàn)象，科學(xué)家們可以構(gòu)建出量子比特，其是1和0兩種狀態(tài)的組合。這意味著兩個量子比特可以同時包含四個值。隨著量子比特數(shù)量的增長，量子計算機的能力也會呈指數(shù)化增長，使得今天的超級計算機看起來就像玩具一樣。
科學(xué)家在20世紀(jì)80年代首次描述了這一想法。但量子比特過于脆弱，即便是把一些量子比特連在一起也可能需要數(shù)年的工作。過去幾十年里，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府實驗室通過各種各樣的技術(shù)致力于開發(fā)量子計算系統(tǒng)，包括圍繞光粒子或電磁場構(gòu)建系統(tǒng)，去捕獲微小的帶電粒子。
大約20年前，日本研究人員通過將某些金屬冷卻到極低溫度，率先發(fā)明出“超導(dǎo)量子比特”的先驅(qū)者。
這種方法已經(jīng)顯示出了特別前景，催生了IBM、谷歌和英特爾的一些項目。他們所開發(fā)的機器完全不同于普通的計算機。它們通常是是巨大的圓柱形金屬和一堆雜亂的電線，被放入不銹鋼的冰箱中。研究人員向機器發(fā)送信息，就像給傳統(tǒng)計算機芯片發(fā)送信息一樣，然后接收計算結(jié)果。
9月下旬，谷歌發(fā)布相關(guān)論文，隨后很快被刪除。但很多競爭對手公司的研究人員認為谷歌正在夸大自己的成就。
本周一IBM先發(fā)制人，在一篇博客中駁斥了谷歌的說法，表示所謂傳統(tǒng)計算機無法完成量子計算機所完成任務(wù)的說法站不住腳。IBM認為，從理論上講，傳統(tǒng)計算機完成相關(guān)計算任務(wù)只需要兩天半，而不是一萬年。
圖示：谷歌首席執(zhí)行官桑達爾·皮查伊（Sundar Pichai）和一位檢查量子計算機的谷歌研究人員
“這并不能說量子計算機較傳統(tǒng)計算機已經(jīng)取得最終的絕對統(tǒng)治地位，”位于紐約約克敦高地的IBM研究實驗室負責(zé)人達里奧·吉爾(Dario Gil)如是指出。該公司也正在開發(fā)自己的量子計算機。
其他研究人員對谷歌這一里程碑也不予理會，因為計算任務(wù)相當(dāng)深奧。它通過量子實驗產(chǎn)生隨機數(shù)，而量子實驗不一定適用于其他設(shè)備。
盡管IBM對谷歌真的完成這么多工作提出質(zhì)疑，但吉爾認為量子計算機確實離現(xiàn)實越來越近了。“到2020年，它們將擁有商業(yè)和科學(xué)研究上的優(yōu)勢，”他說。
與許多在企業(yè)研究實驗室進行的前沿工作一樣，谷歌的量子研究起源于學(xué)術(shù)界。2014年谷歌聘請了一批物理學(xué)家，他們之前幾年都在加州大學(xué)圣巴巴拉分校從事量子計算研究。
當(dāng)論文發(fā)表后，谷歌回應(yīng)了IBM關(guān)于可以通過傳統(tǒng)計算機完成相關(guān)計算任務(wù)的說法。谷歌的一位發(fā)言人在一份聲明中說:“我們已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)計算機的舒服，進入了一個完全不同的發(fā)展軌道。我們歡迎提出更先進仿真技術(shù)的建議，在真正的超級計算機上測試它們很重要。”
谷歌量子計算機執(zhí)行的計算任務(wù)可以證明一個復(fù)雜量子系統(tǒng)是可靠的。該公司還認為，其產(chǎn)生的隨機數(shù)可能有實際用途。
南加州大學(xué)專門從事量子計算研究的教授丹尼爾·里達爾(Daniel Lidar)說，隨著時間的推移，這些機器會變得越來越好，它們可能有助于改進密碼學(xué)，甚至有助于制造新藥物或新材料。
“這將是一件大事，”他說，“它在許多不同地方都會有不同應(yīng)用。”
里達爾博士說，他預(yù)計其他科學(xué)家會試圖反駁谷歌的說法。但有些人認為，這種近乎神話般的裝置對所有研究人員都有好處。
從事IBM量子計算項目工作的查德·里格蒂（Chad Rigetti）說，“谷歌的結(jié)果不僅是谷歌的一個重大成就，也是整個科學(xué)界的一項重大成就。”他說，“量子機器能夠解決與商業(yè)相關(guān)的問題不再遙遠。”
