北京时间10月24日，谷歌宣称实现量子霸权，他们开发出了一个全新的54量子比特处理器，只用了约200秒就搞定了经典计算机大约需要1万年才能完成的任务。相关论文发表于《自然》杂志并登上了封面。一篇同时发表在《自然》“新闻与观点”栏目的文章称，这一成就是量子计算的重大里程碑事件。谷歌的这一举动受到了来自IBM等科技公司的质疑，IBM研究人员称，只要满足硬盘驱动存储条件，谷歌测试的量子计算任务在经典计算机上只需要2.5天，而不是1万年。

“量子霸权”到底意味着什么？中国的量子计算研究情况如何？谷歌的这个“量子霸权”有应用价值吗？解放日报·上观新闻记者采访了两位专家进行解读。

“量子霸权”竞争

其实比的就是一个时间节点

提出“量子霸权”概念的约翰·普雷斯基尔在近期撰写的一篇文章中提到：“在2012年，我提出了‘量子霸权’这个词来形容量子计算机可以做到经典计算机所做不到的事情，而不管这些任务是否有意义……有其他几个选项我曾考虑却没有采用，我认为‘量子霸权’最能体现我想要表达的观点。另一个选择是‘量子优势’，这个词现在也得到了广泛的应用，但对我来说，‘优势’缺乏‘霸权’的影响力。”

上海交通大学光子集成与量子信息实验室金贤敏教授认为，所谓的“量子霸权”竞争，其实比的就是一个时间节点，看谁能最先做出一台特别的机器来进行特定问题的求解，只要比现行的计算机快，就算谁赢。可能翻译成“量子优势”更能减少大家对名词本身的争议，而更多关注这一里程碑的真正意义。虽然谷歌的这个演示只是在某个特定问题求解上打败了经典计算机，但仍然是人类发展以量子计算为代表的新体制计算的重大进步，是人类计算能力发展史上可圈可点的里程碑。

量子计算机将对社会产生革命性影响，

但这可能还需要几十年

谷歌的这个“量子霸权”有应用价值吗？北京大学物理学学院教授吴飙表示，为了实现“量子霸权”，专家们精心设计了一些特定的问题，它们非常适合量子计算设备发挥其计算潜力，同时对量子比特操控的要求不高，包括“随机量子线路采样”“瞬间量子多项式线路”“玻色采样”等。谷歌量子计算实验针对的是“随机量子线路采样”问题。

所谓“随机量子线路”，简单而言，是随机从一个量子门的集合中挑选单比特量子门，作用到量子比特上。每作用一层单比特量子门，就会接着做一层两比特量子门，多次重复这样的操作后，测量最终的量子态，即完成一次采样。据介绍，解决这个问题本身并没有实用价值，即不能解决实际问题。

“物理学家早已在理论上证明，量子计算机的效率比经典计算机高，并且在一些特定问题上比经典计算机高很多。所以在某种意义上，谷歌的这一成果印证了量子计算理论研究的结论，更重要的价值是体现了人类目前所能达到的最先进的量子比特操控能力。”吴飙告诉解放日报·上观新闻记者。

金贤敏认为，实现“量子霸权”的这一时间节点，本身就只是一个演示，为了展示计算方面的量子优势，并非现在就要产生应用价值。“别忘了，如今的计算机在第二次世界大战被造出来时，也只能用做破解密码。”

约翰·普雷斯基尔也在上述文章里提到：正如谷歌团队所承认的，他们的机器以惊人的速度所解决的问题，是为了展示量子计算机的优越性而精心选择出来的，而这些问题并不是一些令人感兴趣的实际问题。然而，这种展示仍然意义重大。现在我们知道硬件可以实现，接下来就可以开始寻找更有用的应用程序了……我预计量子计算机将对社会产生革命性的影响，但这可能还需要几十年的时间。

中国量子计算的差距在“一个身位”

并没有形成不可逾越的代差

据今年9月发布的《量子信息和量子技术白皮书（合肥宣言）》介绍，量子计算是利用量子叠加和干涉等原理进行量子并行计算，可以在特定问题上相对于经典计算实现指数级加速，为若干大规模计算难题提供解决方案。量子计算机包括通用量子计算机和专用量子模拟机。对于量子计算研究路线，《合肥宣言》预言有3个阶段：第一个阶段是实现量子优越性，即针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标将在近期实现；第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统；第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，这需要全世界学术界的长期艰苦努力。

实现了量子优越性后，量子计算机未来将如何发展？预计何时能投入实际应用？据吴飙介绍，行内专家认为“实现具有应用价值的专用量子模拟系统”，将于未来10—20年内到来。届时，一批专用量子模拟系统将问世，用于模拟催化化学反应、高温超导材料制备等科学研究。由于专用量子模拟系统的运算效率比经典计算机高得多，这些领域的科研效率会大幅提升，有望助力科学家研发出更多更好的新药、新材料等成果，为人类带来福音。

量子计算发展的第三个阶段“实现可编程的通用量子计算机”，何时来临还无法预测，因为技术难度非常大。“与经典计算机相比，量子计算机是非常脆弱的。首先量子比特比经典比特更容易出错，更糟糕的是量子比特与外界一旦耦合，就会失去相干性。”吴飙认为，不断提升对量子比特的操控能力，需要全球科研人员持续数十年的“接力赛跑”。

在金贤敏看来，我们国家经济实力已经比较强大，量子也是我们与英美等发达国家有一较高下能力的重要领域，其中量子计算的差距也就在“一个身位”。值得反思的是，社会和资本等对新兴科技还是太保守了，只愿意或只敢支持跟踪性研究研发，缺乏勇气、包容和进取心。还好谷歌这个事件只是具有标志性，并没有形成不可逾越的代差。如果说这场“量子霸权”的竞争还只是一场“预赛”，接下来我们要奋起直追，努力和敢于引领。“我自己的研究团队也正奋力发展大规模和三维集成光量子芯片技术，为量子技术的集成化提供关键支撑。希望将来量子信息时代来临时，我们不再缺芯少魂。”