（原标题：200秒=超算1万年，谷歌量子霸权论文上架即被撤回，引全球热议）

边策 栗子 发自 凹非寺

量子位 出品 | 公众号 QbitAI

量子计算机用3分20秒完成的一项计算，全球最强大的超算Summit要花1万年。

这个成果，来自谷歌最新的量子计算研究，发表在NASA官网上。论文宣布，“量子霸权”实现了。

英国政府的量子技术顾问Steve Brierley说：

这是第一次有人证明，量子计算机的性能真的能超过经典计算机。

是个了不起的成就。

另外，美国民主党的总统参选人杨安泽，推特转发了这则，引起强烈关注，一日便有5100人点赞：

大事啊，至少说明，没有什么破解不了的密码了。

虽然，NASA没过多久便下架了这篇论文，但正因如此，人类反而对谷歌新的成果更加好奇了。

一窥论文

NASA匆匆撤下了论文，我们仍然能从网页缓存中一窥论文的内容。

谷歌在论文摘要中说：

我们使用具有53个超导量子位的可编程处理器，占用状态空间为253≈1016。重复实验的测量结果会采样相应的概率分布。

我们使用经典模拟进行验证。虽然我们的处理器大约需要200秒来采样一

百万个量子电路实例，但是一台先进的超级计算机将需要大约1万年的时间来执行等效的任务。

相对于所有已知经典算法而言，这种巨大的提速在实验中实现了计算任务上的量子霸权，并预示了人们期待已久的计算范式的出现。

在摘要中，谷歌揭示了这台量子计算机强大的原因，由于量子力学中物体的状态是在希尔伯特空间中演化，因此只需53个量子位就可以模拟1016种状态，而这个数字已经超出了当今超级计算机的运算能力（一般是等价于50个量子比特）。

主要指出的是谷歌虽然实现了72个量子位的芯片，但这和72位量子计算机是两回事。谷歌Bristlecone芯片是利用9个相同模式的量子比特进行耦合，然后依次扩展出去，并非实现了两两量子比特之间的耦合。

量子计算机的实际应用也面临诸多问题。由于在于0和1两种状态之间的能量差太小，需要降低到绝对零度附近，才能防止被热量所破坏。

此外，粒子之间状态的耦合也有时间限制，时间一长，两个粒子将不再“相干”。在进行量子计算实验时，所有的量子操作要在量子退相干之前完成，才能保证量子操作的保真度（Fidelity），否则运算结果将不再可信。

今年3月，谷歌在一篇论文中给出了如下的量子计算机演化概念图：

这张图显示了量子计算错误率和量子比特数之间的关系。谷歌量子人工智能实验室的预期研究方向为图中红色曲线，他们希望通过建立纠错量子计算机，降低错误率，从而将这项技术推入右下角的绿色可用区域。

什么是量子霸权

量子霸权，也叫量子优势，即在未来的某个时刻，功能强大的量子计算机可以完成经典计算机几乎不可能完成的任务。

比如在一天之内破解原本几万年才能破解的密码、实现通用人工智能、快速模拟分子模型。

提出这一假想的原因是，量子计算机的发展似乎遵循着“内文定律”，而经典计算机遵循着“摩尔定律”。

△提出内文定律的Hartmut Neven

摩尔定律为大众所熟知，即计算机芯片的晶体管密度每18个月翻一番，算力增强一倍，这是一种指数增长的规律。但是近年来随着晶体管的尺寸逐渐逼近物理学极限，这一定律已经放缓甚至失效。

而来自谷歌量子人工智能实验室的负责人Hartmut Neven认为，量子计算机的速度正在以双指数的速度增长。双指数是指数之上再加一层指数，形式如下：

Neven认为，量子计算机比经典计算机存在着两个指数优势：

首先，量子位相比普通位具有效率优势，如果一个量子电路具有4个量子位，那么需要一个具有16个普通位的经典电路才能实现等效的计算能力。