10月23日，權(quán)威雜志Nature刊出了谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)的的最新科研工作“Quantum supremacy using a programmable superconducting processor”。谷歌宣稱獲得“量子優(yōu)越性”。美國媒體大肆跟進(jìn)宣布美國獲得“量子霸權(quán)”！那么這個量子霸權(quán)說的是什么呢？

美國“量子霸權(quán)”

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士后黃合良解釋，谷歌“量子優(yōu)越性”是指量子芯片的比特?cái)?shù)和性能不斷擴(kuò)張，在某些問題上展現(xiàn)出極強(qiáng)的計(jì)算能力，這一超算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前主流的經(jīng)典算法構(gòu)建的超算，不過科學(xué)界對谷歌的“量子優(yōu)越性”還有爭議。

“量子優(yōu)越性”體現(xiàn)在哪里？據(jù)論文報(bào)道谷歌團(tuán)隊(duì)基于一個包含53個可用量子比特的可編程超導(dǎo)量子處理器，運(yùn)行隨機(jī)量子線路進(jìn)行采樣，耗時約200秒可進(jìn)行100萬次采樣，并且估計(jì)如果使用目前最強(qiáng)超算Summit來計(jì)算得到同樣的結(jié)果，需耗費(fèi)約1萬年。據(jù)此，谷歌宣稱實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”。

但是科學(xué)界對這一說法并不是完全接受，IBM在10月21日就對谷歌“量子優(yōu)越性”提出了質(zhì)疑。主要原因在經(jīng)典算法和模擬的工程化實(shí)現(xiàn)也可以不斷優(yōu)化，提升經(jīng)典算法的效率和計(jì)算能力，如果能有效提升經(jīng)典模擬的能力，谷歌的量子優(yōu)越性就不成立的。

目前主流科學(xué)家認(rèn)為經(jīng)典算法的發(fā)展，以及超算上的工程化實(shí)現(xiàn)，都還有提升空間，這對于當(dāng)下的量子優(yōu)越性還有一定沖擊，不過谷歌驗(yàn)證了超導(dǎo)量子計(jì)算的可實(shí)現(xiàn)性，在實(shí)驗(yàn)性技術(shù)上的進(jìn)步，隨著該項(xiàng)技術(shù)的日益成熟，“量子優(yōu)越性”遲早會到來！

中國量子計(jì)算發(fā)展如何？我國在超導(dǎo)量子計(jì)算方面也有相關(guān)研究，只是起步相對較晚，以中科大、浙大、中科院物理所等為代表的多個科研團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)突破了20個量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算技術(shù)。目前，他們正在攻關(guān)50比特量子計(jì)算技術(shù)，并有望在明年底實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。因此，我國在超導(dǎo)領(lǐng)域雖與美國存在差距，但是不存在代差，如果能夠得到持續(xù)的投入和支持，未來可期。

據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士后黃合良文章透露，我國超導(dǎo)量子計(jì)算正在追趕中。中科大的相關(guān)團(tuán)隊(duì)一直在演示“量子優(yōu)越性”的另一途徑——光子玻色采樣的實(shí)驗(yàn)上處于國際領(lǐng)先地位。10月23日在arXiv上公布了該團(tuán)隊(duì)的階段性新成果[arXiv: 1910.09930]：20光子輸入60*60模式的玻色采樣。論文打破了光子數(shù)、模式數(shù)、量子態(tài)空間三項(xiàng)國際紀(jì)錄，宣稱首次達(dá)到了百萬億級的輸出量子態(tài)空間，比之前國際光學(xué)同行的工作提高了百億倍。中國團(tuán)隊(duì)有望在光學(xué)玻色采樣問題上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性。論文還在同行評審中。

未來超導(dǎo)量子計(jì)算如何發(fā)展呢，在2019年9月15日，合肥舉辦的新興量子技術(shù)國際會議形成了《量子信息和量子技術(shù)白皮書（合肥宣言）》，國際專家在宣言中對量子計(jì)算發(fā)展的三個階段達(dá)成了共識，“要構(gòu)建一臺真正具有通用計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)，仍需要長期的努力。為了領(lǐng)域的健康長期發(fā)展，除了要在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域做好操縱精度、可容錯之外，規(guī)?；?shí)用性的量子計(jì)算研究可以沿如下路線開展。

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