谷歌实现量子霸权，量子计算意味着什么？

谷歌的量子计算机。该公司在周三发表的一篇论文中表示，这台机器只需要几分钟就能完成一项复杂的计算任务，而超级计算机完成这项任务至少需要一万年。

谷歌周三在旧金山表示，该公司已经取得了一项人们期待已久的突破，被称为“量子霸权（quantum supremacy）”，它可以让新型计算机以当今技术无法想象的速度进行计算。

在《自然》杂志上发表的一篇论文中，谷歌表示，其位于加州圣巴巴拉的研究实验室已经获得了一个里程碑式的成果，这是科学家们自上世纪80年代以来一直在努力实现的目标：它的量子计算机完成了一项用当前技术无法完成的任务。

谷歌在其论文中表示，在目前的技术水平下，一个最大的超级计算机在1万年内的时间里无法完成的数学计算，其新型量子计算机只要在3分20秒内就能够完成。

科学家们将谷歌的此次宣布比作1903年莱特兄弟的第一次飞行。这证明了一些事情确实是可能的，尽管它可能要过很多年才能真正实现。

德克萨斯大学奥斯汀分的计算机科学家Scott Aaronson说：“最初的莱特飞行器并不是一架有用的飞机，但它的目的是为了证明人类能够飞上天空这一点。而它也确实证明了这一点。”

量子计算机是对一种被称为量子力学的物理学经过了一个多世纪研究才发明出来的，它的运行方式与普通计算机完全不同。它依赖于一些物体在亚原子水平或暴露在极冷环境下时令人难以置信的运行方式，比如金属在谷歌的设备里冷却到零下460度后的运行方式。

研究人员相信，总有一天，这些设备可能会推动人工智能的发展，或者轻而易举地推翻保护对国家安全至关重要的计算机的加密技术。正因为如此，美国和中国政府将量子计算视为国家安全的优先事项。

但首先，科学家必须证明可以建造这样的机器。一些研究人员警告说，不要对谷歌的里程碑太过兴奋，因为在量子计算机能够走出研究实验室之前，还有很多工作要做。到目前为止，一个量子计算机成本达到了数百万美元。

包括微软、英特尔、IBM以及谷歌在内的许多科技业巨头都在争夺量子计算领域的一席之地。最近的一项研究显示，风险投资家已经向探索这项技术的初创企业投资了超过4．5亿美元。

中国在国家量子实验室上投入了4亿美元，近年来获得的量子专利几乎是美国的两倍。特朗普政府今年也推出了自己的国家量子计划，承诺将在包括计算机在内的量子研究上投入12亿美元。

传统的计算机通过处理信息的“位”来进行计算，每个位包含1或0。几十年来一直如此。

理解量子计算机的不同之处需要一个哲学上的飞跃。你需要先接受这样一个概念：当一个物体非常小或非常冷时，它可以同时表现得像两个不同的物体。

通过利用这种不同寻常的表现行为，科学家们可以构建一个量子比特，或称量子位，存储1和0的组合。两个量子位可以同时容纳四个值。随着量子位元数量的增长，量子计算机的计算能力也会成倍增长，使得今天的超级计算机看起来就像玩具一样。

科学家在20世纪80年代首次描述了这一想法，但量子位元是脆弱的。即便是把几条线连在一起，也可能需要数年的工作。在过去的几十年里，学术界、工业界和政府的实验室通过各种各样的技术致力于量子计算，包括围绕光粒子或电磁场建立的捕捉微小带电粒子的系统。

大约20年前，日本的研究人员开创了“超导量子位”的先驱。

这种方法已经显示出了极大的前景，IBM、谷歌和Intel都开展了一些有关该方法的项目。这些计算机看起来一点也不像普通的计算机。它们由巨大的圆柱形金属和扭曲的电线组成，并被放入不锈钢冰箱中。你向计算机发送信息，就像你向传统的计算机芯片发送信息一样，然后接收计算结果。

谷歌的论文发表后，一时成为了互联网上的讨论的热点，但很快在9月下旬该论文就在网上消失了。但这一短暂的露面足以激怒竞争对手公司的研究人员，他们认为这家硅谷巨头正在夸大自己的成就。

周一，IBM先发制人，在一篇博客中驳斥了谷歌声称的量子计算无法由传统计算机完成的说法。IBM认为，从理论上讲，这项计算可以在目前的计算机上运行不到两天半，而不是夸张的一万年。

“这不是最终和绝对碾压目前经典计算机的技术。”纽约约克敦高地IBM研究实验室的负责人Dario Gil表示。该公司正在美国建造自己的量子计算机。

其他研究人员对这一里程碑并不予理会，因为这项计算相当深奥。它通过量子实验产生随机数，而量子实验不一定适用于其他事物。

尽管IBM对谷歌是否真的完成了这么多工作提出了质疑，Gil博士认为量子计算机确实离现实越来越近了。他说：“到2020年，我们将能够将它们用于商业和科学研究”。

与许多在企业研究实验室进行的前沿工作一样，谷歌的量子研究植根于学术界。2014年，谷歌聘请了一组物理学家，他们之前几年在加州大学圣巴巴拉分校从事量子计算研究。

研究人员将于周三晚些时候与记者讨论他们的工作。

当谷歌的论文发表时，它回应了IBM关于其量子计算可以在经典计算机上执行的声明。谷歌的一位发言人在一份声明中说：“我们已经脱离了传统的计算机，进入了一个完全不同的领域。我们欢迎推进模拟技术的提议，尽管在真正的超级计算机上测试它们很重要，就像我们已经做过的那样。”

谷歌量子计算机的计算是用来证明一个复杂量子系统是可靠的一种方法。该公司还认为，它产生的随机数可能有实际用途。

南加州大学专门从事量子计算研究的教授Daniel Lidar说，随着时间的推移，这些机器将会变得越来越好，它们可能有助于改进密码学，甚至有助于制造新药物或新材料。

他说：“这将是一件大事，它在许多不同的地方都有所应用。”

Lidar博士说，他预计其他科学家会试图反驳谷歌的说法。但有些人认为，这种近乎神话般的装置对所有研究人员都有更广泛的好处。

Chad Rigetti说：“谷歌的成就不仅是谷歌的一个重大成就，也是更广泛的科学界的一个重大成就，”

他说：“用不了多久，量子计算机就能够用于解决与商业相关的问题了。”