今年3月，谷歌推出了一款名為Bristlecone的芯片，稱它是第一個(gè)可以超越任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的量子計(jì)算系統(tǒng)，它將會成為“量子霸權(quán)”的標(biāo)志，而谷歌將在今年達(dá)到“量子霸權(quán)”。不過，阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室最近的新結(jié)果表明，谷歌的這一計(jì)劃過于樂觀。

谷歌的量子計(jì)算研究人員一直在計(jì)劃一個(gè)派對，但來自中國阿里巴巴的競爭團(tuán)隊(duì)的新結(jié)果可能導(dǎo)致這個(gè)派對的推遲。通過中美公司在這個(gè)晦澀的物理邊界上的競爭表明，國家之間以及企業(yè)之間的競爭越來越激烈，它們希望創(chuàng)造一種新型的難以想象的強(qiáng)大電腦。

今年3月，谷歌推出了一款名為Bristlecone的芯片，旨在成為計(jì)算的一個(gè)里程碑。谷歌稱，它是第一個(gè)可以超越任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的量子計(jì)算系統(tǒng)，它將會成為“量子霸權(quán)”的標(biāo)志。該組織的領(lǐng)導(dǎo)人約翰·馬丁尼斯（John Martinis）表示，將在今年達(dá)到“量子霸權(quán)”，更新了此前說2017年達(dá)到的預(yù)測。

但阿里巴巴量子研究人員獲得的新結(jié)果表明，谷歌公布的Bristlecone計(jì)劃無法實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。他們認(rèn)為，這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要更低錯(cuò)誤率的芯片。在一封電子郵件中，谷歌研究員Sergio Boixo告訴WIRED他歡迎這樣的研究，但關(guān)于這篇論文的結(jié)果有很多“爭議”。 其他人認(rèn)為這些爭議是值得注意的。南加州大學(xué)教授Itay Hen說：“游戲規(guī)則已經(jīng)開始改變了”。

實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)將是一項(xiàng)科學(xué)突破，而并非量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好開始投入到有用工作的跡象。但量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)將有助于谷歌在激烈的競爭中立足。搜索公司和IBM，英特爾和微軟等競爭對手想要將量子計(jì)算機(jī)出租或出售給Daimler和JP Morgan等公司，這些公司也正在探索如何改進(jìn)機(jī)器的電池和成本模型。

計(jì)算機(jī)使用電脈沖，以比特為單位（0或1）來表示數(shù)據(jù)。量子計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)編碼成量子力學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)在20世紀(jì)早期使阿爾伯特愛因斯坦和其他物理學(xué)家感到困惑，從而創(chuàng)造出量子位。這種奇異的設(shè)備在接近絕對零度的溫度下運(yùn)行。在小組中，量子位可以通過一些技巧來完成一些艱難的計(jì)算，比如對0 和1達(dá)到一個(gè)“疊加”。有證據(jù)可以幫助進(jìn)行化學(xué)模擬。谷歌和其他一些人認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)也能得到提升。

左邊是谷歌最新的 72 量子比特量子處理器 Bristlecone。右邊是該設(shè)備的圖示：每個(gè) “X” 代表一個(gè)量子比特，量子比特之間以線性陣列方式相連。來源：GoogleQuantum AI Lab

谷歌的Bristlecone芯片擁有超導(dǎo)電路制成的72個(gè)量子比特，這是迄今為止最大的芯片，超過了IBM的50量子比特和英特爾的49量子比特。谷歌的研究人員計(jì)算出這足以在超過任何范圍的常規(guī)電腦的情況下運(yùn)行一個(gè)精心挑選的演示問題，實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。

中國領(lǐng)先的在線零售商阿里巴巴的研究人員利用一系列功能強(qiáng)大的服務(wù)器來模擬Google新芯片的運(yùn)作，并利用美國公司已發(fā)布的計(jì)劃對其提出挑戰(zhàn)。結(jié)果提醒人們，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)架構(gòu)遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)，并暗示谷歌計(jì)劃用其量子芯片進(jìn)行演示結(jié)果不會超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的范圍。阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室主任施堯耘說：“很多人都希望這款未來的處理器能夠?qū)崿F(xiàn)量子霸權(quán)，然而我們的結(jié)果表明，這種期待可能過于樂觀?！彼硎竟就ㄟ^設(shè)計(jì)更好的方法，即將模擬量子計(jì)算操作的任務(wù)劃分給許多共同工作的計(jì)算機(jī)來取得成果。

阿里巴巴的研究結(jié)果讓科羅拉多大學(xué)（the University of Colorado）的教授格雷姆斯密特（Graeme Smith）發(fā)出了一條由一串“哇”組成的評論。Smith訴WIRED，谷歌的Bristlecone似乎是最有能力的量子芯片，但阿里巴巴的研究結(jié)果表明，這種芯片的錯(cuò)誤率仍然過高。他說： “這表明我們不會在短時(shí)間內(nèi)看到他們實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)?！?/p>

Google的Boixo反駁說，阿里巴巴的模擬由于不夠細(xì)致而無法作為證據(jù)。 研究像阿里巴巴實(shí)施的更好的模擬方法是谷歌一直在研究測試量子霸權(quán)新方法的一個(gè)原因，Boixo稱其不應(yīng)該要求大規(guī)模的硬件升級。南加州大學(xué)的Hen說，這反過來會刺激研究人員試圖從傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中榨取更多。他說：“我確信游戲規(guī)則會發(fā)生改變”。

阿里巴巴在量子計(jì)算領(lǐng)域的崛起非常迅速，這也顯示出了中國的技術(shù)雄心。 自2006年起，Google一直致力于量子計(jì)算，最初使用來自加拿大D-Wave的硬件。中國公司于2015年進(jìn)入該領(lǐng)域，與國家支持的中國科學(xué)院合作開設(shè)一個(gè)新的研究實(shí)驗(yàn)室。今年2月，該公司在互聯(lián)網(wǎng)上提供了一種實(shí)驗(yàn)性11-量子比特芯片。中國政府已承諾投入100億美元來建設(shè)一座新的國家量子實(shí)驗(yàn)室。

這些項(xiàng)目成為了日益增長的國際競爭的一部分：歐盟正計(jì)劃在量子研究領(lǐng)域投資11億美元。 特朗普政府在預(yù)算指導(dǎo)中強(qiáng)調(diào)了量子計(jì)算。盡管白宮辦公室的科學(xué)和技術(shù)政策在特朗普總統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)下大幅縮水，但該研究團(tuán)隊(duì)在12月獲得了第一位量子計(jì)算專家，他是來自于馬里蘭大學(xué)的研究員杰克泰勒（Jake Taylo）。

Google于2014年建立了自己的量子硬件實(shí)驗(yàn)室，引入加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的馬丁尼斯（Martinis）領(lǐng)導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)。該公司最近的一些關(guān)于實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的言論讓該領(lǐng)域的其他一些人感到厭煩，他們認(rèn)為建立里程碑是一個(gè)決定性的時(shí)刻，現(xiàn)在是在對量子計(jì)算機(jī)實(shí)際進(jìn)程進(jìn)行炒作。 英特爾首席技術(shù)官M(fèi)ike Mayberry本周告訴WIRED，他認(rèn)為該技術(shù)的廣泛商業(yè)化將會是一項(xiàng)為期10年的項(xiàng)目。IBM則表示它可以在五年內(nèi)成為“主流”。

施堯耘并不否認(rèn)量子霸權(quán)至關(guān)重要，但他建議谷歌和其他地方的研究人員應(yīng)該在此問題上更加開明。他說：“對于器件物理學(xué)家來說，擔(dān)心什么時(shí)候到達(dá)霸主地位就像是擔(dān)心寶寶什么時(shí)候比你的狗更聰明一樣，只要你專注于照顧好他，也許在你不知道的時(shí)候它就發(fā)生了。”