眾所周知，量子計(jì)算機(jī)依據(jù)一套完全不同于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子力學(xué)法則運(yùn)行。經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的比特為0或1，基于此進(jìn)行二進(jìn)制運(yùn)算。在神奇的“疊加態(tài)”加持下，量子比特卻可以同時是0和1，正如薛定諤那只著名的又生又死的貓。在理想狀態(tài)下，50個量子比特一次可以進(jìn)行2的50次方次運(yùn)算，這已經(jīng)是個天文數(shù)字。

換言之，超導(dǎo)量子計(jì)算系統(tǒng)通常需要更多的量子比特來保護(hù)用于計(jì)算的量子比特，量子比特的質(zhì)量與數(shù)量同樣重要。正因如此，谷歌雖然早在2018年3月就發(fā)布過一款由72比特組成的量子處理器，但當(dāng)時并未突破量子霸權(quán)。

此外，美國IBM公司和一些初創(chuàng)企業(yè)也在提供所謂的量子計(jì)算服務(wù)，但它們只能在特定問題上表現(xiàn)出相對于一般計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，無法擊敗最強(qiáng)超算。

美國能源部下屬橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Summit(“頂點(diǎn)”)是當(dāng)前世上最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)。但據(jù)英國《金融時報(bào)》報(bào)道，谷歌在一篇論文中透露他們的量子處理器在3分20秒內(nèi)解決了“頂點(diǎn)”需要跑上1萬年的計(jì)算問題。

如果情況屬實(shí)，盡管只是在一個計(jì)算問題上擊敗最強(qiáng)超算，但已足夠被外界視為里程碑事件。要知道，這正好符合了所謂“量子霸權(quán)”的定義：

加州理工學(xué)院教授普雷斯基爾(John Preskill)在2012年提出了“量子霸權(quán)”(Quantum Supremacy)的概念，即量子計(jì)算機(jī)能在特定問題上超越世界上性能最好的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。

只不過，普雷斯基爾預(yù)言量子霸權(quán)將由50比特的量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，而谷歌這次使用了53個量子比特，處理器名為Sycamore。

《金融時報(bào)》在當(dāng)?shù)貢r間9月20日報(bào)道稱，谷歌將相關(guān)論文上傳到了美國國家航空航天局(NASA)的網(wǎng)站上，隨后刪除。美國《財(cái)富》雜志援引谷歌消息人士稱，論文被撤回是因?yàn)樵撗芯可形唇?jīng)過同行評議。

“相比起所有已知的經(jīng)典算法，這種巨大的加速意味著量子霸權(quán)已經(jīng)在計(jì)算任務(wù)上實(shí)現(xiàn)，昭示著一種人類期待已久的計(jì)算范式。”研究人員在論文中寫道。

“據(jù)我們所知，這次實(shí)驗(yàn)是第一個僅適用于量子處理器的計(jì)算。”

神奇而脆弱的量子比特

微觀的量子態(tài)在器械上很難操作，谷歌采取了一大主流思路，就是利用超導(dǎo)態(tài)這一宏觀的量子態(tài)。不過，超導(dǎo)量子比特雖然具備了糾纏態(tài)、疊加態(tài)等量子計(jì)算必要的屬性，但也繼承了量子態(tài)的弱點(diǎn)：非常脆弱，極易被干擾。

就在9月18日， IBM宣布將在下月推出53量子比特的可“商用”量子計(jì)算機(jī)，向外部用戶開放使用，這也將是該公司迄今開發(fā)出的最強(qiáng)大量子處理器。

具體來說，研究人員布置給量子計(jì)算機(jī)的題目是“證明一個隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生的數(shù)確實(shí)隨機(jī)”。這是個單一的、高技術(shù)含量的計(jì)算問題，研究人員坦言，它幾乎沒有實(shí)際應(yīng)用價值。量子計(jì)算機(jī)最早或許會在材料科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和化學(xué)領(lǐng)域解決實(shí)際問題，但這還要好幾年。

不過，谷歌的科學(xué)家也樂觀地估計(jì)，實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的里程碑后，量子計(jì)算機(jī)的力量將呈現(xiàn)指數(shù)級增長，比傳統(tǒng)的摩爾定律更強(qiáng)勁地推動行業(yè)的發(fā)展。