“量子霸权”来了,中国如何发力?

来源:未知 编辑:渭南科普2019-10-30 09:47
    “量子霸权”一石激起千层浪。10月24日,《自然》杂志刊发了谷歌公司的一篇论文。在该论文中谷歌表示,其开发出一款54量子比特数(其中53个量子比特可用)的超导量子芯片“Sycamore”。基于Sycamore,谷歌对一个53比特、20深度的电路采样一百万次只需200秒。而目前最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果,则需要一万年。基于这一突破,谷歌宣称其率先实现了“量子霸权”。
  在接受媒体采访时,谷歌首席执行官Sundar Pichai认为,该研究成果对谷歌来说具有里程碑式的意义,并将其与莱特兄弟发明飞机相比。
  真的“霸权”了吗?
  谷歌刚刚宣称实现“量子霸权”,同样在量子计算领域深耕的IBM就提出了质疑。
  IBM研究人员在发表的论文中写道,谷歌在实验中并没有充分挖掘超级计算机的潜力。如果按照IBM的方法来对超级计算机进行编程,仅需2.5天就能完成谷歌论文中量子计算机耗时200秒的任务。
  对此,中国科学院量子信息重点实验室副主任、中国科学技术大学教授郭国平向《中国科学报》解释道,谷歌“一万年”结论的得出,是基于量子计算特性,相对经典计算机效率提升“粗暴计算得出的数字”,并没有考虑现在超级计算机在存储、网络传输等性能上的优化。
  “量子霸权”这一概念最早由加州理工学院理论物理学家John Preskill在2011年的一次演讲中提出,也可翻译为“量子优越性”或“量子优势”。衡量量子计算机实现“量子霸权”的标准是:能比经典计算机更好地解决一个特定计算问题。
  中国科学技术大学量子物理与量子信息研究部教授朱晓波告诉《中国科学报》,这是人类首次实验演示在一个计算复杂度被严格证明的问题上,量子计算机相较于经典计算机有着压倒性优势,因此有着重要的里程碑式意义。
  不过,他同时指出,由于谷歌此次只是将之应用在某一个特定问题上,且该问题目前还没有任何实用价值,因此不少同行认为其称自己实现“量子霸权”有过分夸大的嫌疑。有一派学者主张称之为“量子优越性”。
  是否进入计算新时代?
  谷歌此次成果是否为人类开启了计算的新时代?对此,专家们有着自己的理解。
  “谷歌确实开辟了量子计算机的新纪元。”国内某知名高校物理系一位要求匿名的教授说,当量子计算机可以操控53个量子比特的时候,它就不再是个“玩具”了。
  朱晓波亦认为,尽管它距离发展成可实用的计算机还有很遥远的路要走,但这是量子计算机的一个起点。
  郭国平则认为,Sundar Pichai关于“莱特兄弟试飞飞机”的类比还有一层含义。那就是,莱特兄弟首次成功试飞只离开地面飞行了12秒,这跟“蒸汽机刚发明出来时连小马驹都跑不过”是一个道理。但是,从基础研究到应用基础研究,谷歌一直坚持在做,这才是最重要的。
  郭国平作了一个类比:“量子计算机好比刚诞生的热兵器,使用火药的热兵器刚出现的时候,威力可能还不如弓箭等冷兵器。但是,在某一个点上,热兵器胜过冷兵器一筹,从此以后可能就会走上快速发展的道路。”
  中国何时实现?
  近年来,我国在量子计算相关领域的投入非常可观,并由此取得了诸多成果。
  “我国在超导量子计算领域近年来进展迅速。”朱晓波告诉记者,以中国科学技术大学、浙江大学和中国科学院物理所等为代表的单位先后创造了10个、12个、18个量子比特纠缠的新纪录,在国际上已经跻身一流的研究团队。
  此外,清华大学、南京大学、中国科学院武汉物理与数学研究所等高校院所,以及华为、腾讯、百度等企业,也在量子计算领域有相关研究或布局。
  朱晓波表示,从公开发表的论文来看,在量子处理器所集成的数量以及性能等综合指标上,“我国与谷歌存在一定的差距,但并没有明显的代差”。
  “我们前期已经突破了20个量子比特的超导量子计算技术,正在攻关50量子比特。如果能有效地组织起国内的核心力量,并提供足够的资源支撑,有望在两三年内迎头赶上。”朱晓波说。
  在量子计算机领域有着深刻研制体会的郭国平则认为,不能低估实现量子计算机的工程技术难度。因为要实现量子计算机,很大一部分工作就是解决工程实现问题。
  中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿认为,中国要在量子计算领域迎头赶上,还需要做到两点:一是改变现在分散的格局,因为“游击战竞争不过大兵团”;二是摒弃以论文为导向的做法。
  “以前经费投到量子计算机这个主流方向上的很少,必须大力投入。与此同时,如果以论文为导向的做法不改变,投入再多钱也难以赶上。”郭光灿说。

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