斗獸場(chǎng)里的量子霸權(quán)

原標(biāo)題：斗獸場(chǎng)里的量子霸權(quán)

大概很多人都有這樣一個(gè)習(xí)慣：每到年末回想往事的時(shí)候，打開年初自己寫下的計(jì)劃，會(huì)突然老臉一紅。沉默一會(huì)兒之后，我們默默撕碎它，開始寫明年的計(jì)劃——預(yù)備一年之后再撕。

這是人之常情，往往也是新技術(shù)的常態(tài)。

在我們年底瘋狂預(yù)測(cè)明年一定要有什么技術(shù)突破的時(shí)候，往往不會(huì)想到這話第二年其實(shí)還能說(shuō)一遍。

比如說(shuō)，量子計(jì)算領(lǐng)域有個(gè)特別著名的概念，叫做“量子霸權(quán)”。這個(gè)概念很好理解，就是說(shuō)有一天量子計(jì)算將可以超越人類所有超級(jí)計(jì)算機(jī)，繼而證明計(jì)算的未來(lái)將完全由量子計(jì)算來(lái)把控。

由于這個(gè)概念有清晰的參照系可供對(duì)比，所以理論上“量子霸權(quán)”將會(huì)在特定的某一天宣布實(shí)現(xiàn)。毫無(wú)疑問，這將是人類計(jì)算史上屈指可數(shù)的里程碑式成就。

如果我們?nèi)ニ阉饕嫔纤选傲孔影詸?quán)”，然后把時(shí)間范圍定在一年前的今天。會(huì)發(fā)現(xiàn)中外很多量子計(jì)算從業(yè)者，包括這個(gè)領(lǐng)域的頂級(jí)科學(xué)家，都言之鑿鑿預(yù)測(cè)了一件事：量子霸權(quán)將在2018年實(shí)現(xiàn)。

諸位看官，這個(gè)年頭媒體不光要手快，更重要的是夠小心眼（劃掉）有好的記憶力。鑒于2018不剩多少存量，我們今天應(yīng)該可以認(rèn)為：量子霸權(quán)在今年并沒有到來(lái)，科學(xué)家們的預(yù)測(cè)似乎不大靠譜。

當(dāng)然了，嘲諷不是重點(diǎn)，我們希望回顧的是這次錯(cuò)判背后的邏輯。究竟還要經(jīng)歷多少斗獸場(chǎng)中的腥風(fēng)血雨，量子霸權(quán)的桂冠才能被摘下？

每次想要開香檳的時(shí)候，都有人說(shuō)再等等

其實(shí)2018年，量子計(jì)算的各路玩家并沒有閑著，上半年甚至有點(diǎn)瘋狂輸出的意思。

在2017年年底，IBM 公布消息稱，已經(jīng)研發(fā)出了“支持50 個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)”。這件事在當(dāng)時(shí)引燃了新一輪量子霸權(quán)競(jìng)速賽，也是在IBM的消息公布后，很多業(yè)內(nèi)人士都樂觀估計(jì)，支持更多量子比特的計(jì)算機(jī)將相繼誕生，繼而判斷量子霸權(quán)將在一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

幾個(gè)月之后，IBM的老對(duì)手英特爾宣布量產(chǎn)了 49 量子比特的計(jì)算芯片。似乎強(qiáng)調(diào)在工程化與實(shí)用性上自己更勝一籌。人們對(duì)于量子霸權(quán)的期待也更加濃厚。

而縱觀2018，距離量子霸權(quán)成就最近的，還是行業(yè)內(nèi)的頭號(hào)玩家谷歌。似乎秉承著“絕不讓英特爾和汪峰搶到頭條”的戰(zhàn)略，谷歌在3月份馬上公布了名為Bristlecone的芯片，并宣稱這款芯片可以支持72個(gè)量子比特的計(jì)算。谷歌相關(guān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人John Martinis在當(dāng)時(shí)提出，Bristlecone已經(jīng)可以支持超越所有經(jīng)典計(jì)算的量子計(jì)算，并認(rèn)為年內(nèi)就會(huì)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

劇情發(fā)展到這，似乎量子霸權(quán)已經(jīng)唾手可得。稍微提及一下，一般意義上認(rèn)為，能夠?qū)崿F(xiàn)量子霸權(quán)必須滿足兩個(gè)條件：實(shí)現(xiàn)80至100量子比特?cái)?shù)的量子計(jì)算，并且錯(cuò)誤率小于1%。當(dāng)然不同的理論驗(yàn)證和數(shù)學(xué)模擬，會(huì)讓這個(gè)條件有各種版本上的出入。

不管怎么說(shuō)，在硅谷還沒開春的時(shí)候，量子霸權(quán)的春天已經(jīng)到了，一場(chǎng)屬于量子的皇圖霸業(yè)似乎就要在今年展開旌旗。

然而并沒有。

每當(dāng)有人要開量子霸權(quán)這瓶香檳的時(shí)候，總會(huì)有人跳出來(lái)表示，哥們兒咱再等等吧。

年度打臉的主角是阿里。5月，眾多科技媒體報(bào)道了，阿里達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室參考了谷歌發(fā)表的量子芯片計(jì)劃，對(duì)其運(yùn)作模式做了模擬。結(jié)果證實(shí)谷歌的量子芯片可能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到超級(jí)計(jì)算機(jī)的水平，所謂量子霸權(quán)近在眼前似乎有點(diǎn)過于樂觀了。

這個(gè)模擬結(jié)論得到了學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可，同時(shí)也被視為中美在量子計(jì)算領(lǐng)域的又一次隔空交鋒。

需要注意的是，谷歌發(fā)布的Bristlecone芯片，既沒有推出量產(chǎn)實(shí)物，也沒有發(fā)布經(jīng)過同行評(píng)議的論文和測(cè)試結(jié)果，只有對(duì)其架構(gòu)的一篇解釋。所以這芯片到底是什么情況，除了谷歌自己也沒人清楚。

谷歌確實(shí)把開香檳的日子推遲了，但也不是就此做罷。上個(gè)月的新消息稱，谷歌開啟了一項(xiàng)與NASA的量子計(jì)算合作，將利用NASA的超級(jí)計(jì)算機(jī)Pleiades，通過谷歌云來(lái)驗(yàn)證Bristlecone的計(jì)算能力到底達(dá)到了什么水準(zhǔn)。

這個(gè)計(jì)劃又被很多媒體稱為“向量子霸權(quán)的最后沖刺”。不管結(jié)論如何，我們都可以知道兩件事：1谷歌確實(shí)是世界上距離量子霸權(quán)最近的一家公司；2量子霸權(quán)今年沒戲了。

看似已經(jīng)在成功邊緣瘋狂試探的量子霸權(quán)，怎么就這么困難呢？

最后一公里遍布荊棘：“量子霸權(quán)”到底什么情況？

看起來(lái)通往量子霸權(quán)之路，已經(jīng)來(lái)到了最后的boss戰(zhàn)。似乎只要谷歌、IBM這樣的大佬在瘋狂輸出兩把就通關(guān)了。

然而實(shí)際情況中，量子計(jì)算的這最后一公里，很可能比發(fā)布會(huì)PPT上描述的要遠(yuǎn)的多。

我們采訪過一些量子計(jì)算領(lǐng)域的科學(xué)家，基本可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，今天科技公司聚焦在量子比特?cái)?shù)上的“軍備競(jìng)賽”，大部分都不提一個(gè)關(guān)鍵問題：如何克服量子噪音。

在量子計(jì)算當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)量子比特?cái)?shù)增加固然重要，然而更重要的是要對(duì)量子糾纏實(shí)現(xiàn)足夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定控制，也就是量子系統(tǒng)的相干控制能力。

量子態(tài)是極其不穩(wěn)定的，任何干擾都會(huì)造成巨大的噪音，即使在絕對(duì)零度的低溫下，量子糾纏還是會(huì)產(chǎn)生大量噪音干擾，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)巨大偏差。

因此所有拋開控制力和糾錯(cuò)能力，僅以量子特別數(shù)談“量子霸權(quán)”，基本是一種商業(yè)尬吹式耍流氓。

回過頭來(lái)看，三大計(jì)算巨頭的量子霸權(quán)追趕游戲，都只能“宣布我做了什么”，卻不能“證明我做了什么”。沒有可開源測(cè)試的實(shí)物、沒有經(jīng)過同行評(píng)議的論文、沒有詳實(shí)的多條件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)——甚至往往沒什么數(shù)據(jù)，只有概念解釋和一篇通告而已。換言之，2018我們經(jīng)歷的量子計(jì)算大動(dòng)作，市場(chǎng)層面的意義或許遠(yuǎn)大于科學(xué)層面的。

拋開量子比特?cái)?shù)的瘋狂攀升，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)量子霸權(quán)距離被實(shí)際證明，很可能還有非常遠(yuǎn)的路要走。而且即使證明了量子霸權(quán)存在，那一天距離量子計(jì)算真正投入到某個(gè)特定場(chǎng)景應(yīng)用還是有很遠(yuǎn)的路要走。

今天量子計(jì)算必須在超低溫下才能保證較低的錯(cuò)誤率，這導(dǎo)致了應(yīng)用成本和場(chǎng)景受到了巨大的限制。而且連貫率和使用時(shí)間，也都是目前難以攻破的應(yīng)用障礙。

我們依舊可以堅(jiān)定地相信，量子計(jì)算是一場(chǎng)宏大，甚至可以說(shuō)唯一的未來(lái)。如果我們把遠(yuǎn)景和近景融合在一起，或許也就能夠理解為什么量子霸權(quán)一直都處在“瘋狂試探”的狀態(tài)里。

大勢(shì)與小情：“空城計(jì)”為何不得不唱

我們可以嘗試站在一家巨型上市公司項(xiàng)目發(fā)言人的角度，想想為什么總是要在量子計(jì)算這件事上表現(xiàn)地“特別樂觀”。

首先，在數(shù)學(xué)和算法層面，今天已經(jīng)有足夠證據(jù)證明“量子優(yōu)勢(shì)”是確實(shí)存在的。所以從技術(shù)上這條路必須走下去。

某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，隨便一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，都會(huì)快過“太湖之光”一千多倍，這當(dāng)然是任何科技勢(shì)力都輸不起的未來(lái)。誰(shuí)先搶到未來(lái)船票也就自然變成了一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。這一年中，各個(gè)國(guó)家、各科技巨頭，以及資本勢(shì)力，都開始密集押寶量子計(jì)算。

去年年底，美國(guó)國(guó)會(huì)進(jìn)行了“確保美國(guó)在量子技術(shù)世界領(lǐng)先地位”的聽證會(huì)。隨之今年歐盟、英國(guó)、加拿大、日本都開始大手筆投入量子計(jì)算研究，這場(chǎng)競(jìng)賽中國(guó)當(dāng)然也沒有缺席。

同時(shí)，量子計(jì)算創(chuàng)業(yè)公司這個(gè)新鮮玩意開始攜帶著大筆資金進(jìn)場(chǎng)，它們的出現(xiàn)證明了資本開始對(duì)這一領(lǐng)域產(chǎn)生了直觀期待。

全面火熱的情況下，科技巨頭的境遇問題也就被襯托了出來(lái)：它們確實(shí)最有優(yōu)勢(shì)，也在做實(shí)事；然而相比于大部分還在概念中醞釀的學(xué)術(shù)界和創(chuàng)業(yè)公司計(jì)劃，巨頭的量子計(jì)算項(xiàng)目已經(jīng)來(lái)到了深水區(qū)，面臨的問題也最復(fù)雜。

一方面必須瘋狂甩錢，一方面又必須要向社會(huì)和股市交代一些什么，將每次取得的成績(jī)進(jìn)行一些可忍受范圍內(nèi)的夸大，也就順理成章變成了行業(yè)慣例。

要知道，能做量子計(jì)算的數(shù)來(lái)數(shù)去一共就那么幾家，任何一家略微“虛張聲勢(shì)”一下，其他對(duì)手就近乎必須證明自己并沒有落后。

于是我們看到了這樣一幅畫面：左手是行業(yè)人士的樂觀估計(jì)，右手是現(xiàn)實(shí)世界的無(wú)數(shù)問題，中間是站在斗獸場(chǎng)里，不知何時(shí)能殺出重圍的量子霸權(quán)。

無(wú)論如何，這項(xiàng)事關(guān)人類未來(lái)的技術(shù)，在這一年中并非沒有進(jìn)展。而且中國(guó)的量子計(jì)算事業(yè)正在以肉眼可見的速度奔跑。潘建偉院士的團(tuán)隊(duì)在今年繼續(xù)為我們帶來(lái)驚喜，阿里發(fā)布了量子計(jì)算模擬器“太章”，華為、百度、騰訊分別亮出了自己的量子規(guī)劃與團(tuán)隊(duì)。前不久美國(guó)對(duì)中國(guó)的“新技術(shù)禁令”中，量子計(jì)算相關(guān)技術(shù)和AI算法并列第一，足見我們的量子計(jì)算已經(jīng)來(lái)到了某個(gè)不可小覷的新階段。

由衷希望，量子霸權(quán)的大新聞并不會(huì)讓大家等很久。我相信問題不大。

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