谷歌的量子霸权《谷歌量子霸权2021》

谷歌的量子霸权《谷歌量子霸权2021》

谷歌号称实现的“量子霸权”，究竟霸了个什么权？

前段时间，谷歌在 NASA 上发表了一篇论文草稿， 宣称“谷歌的 AI Quantum 研究小组的 53 量子比特处理器实现了“量子霸权，目前最强超算需要花费 10000 年的计算在量子计算机上只用 200 秒就够了” 。不过没多久这篇论文就被撤回了。

（ 利用可编程超导处理器实现量子优势 ）

虽说后来有人解释说是论文还在审查，被 NASA 提早发布了。可不是发了果照再撤回大家就能当没发生过。 又是最强又是霸权的，吃瓜群众早都兴奋了 。

连明年的美国总统候选人 Andrew Yang 都发声：世界上再没有破解不了的代码了。

霸权通常和地位联系在一起，像什么世界霸权，军事霸权，文化霸权什么的，很容易给人一种处在能够操控、压制他人的强势地位的感觉。一听到 XX 霸权这样的词语，总会让我们心头一颤。

那这个“量子霸权”究竟霸了个什么权，对我们又有什么影响呢？

为了不让大家产生什么误解，先告诉大家结论： “量子霸权”和我们所理解的霸权根本不是一回事 ，而且就目前来看， 短时间内也不会对我们带来任何影响 。

“量子霸权”，翻译自 Quantum Supremacy ，最早出现在 《 MIT Technology Review 》( 麻省理工 科技 评论，是由麻省理工学院出版的杂志 ) 关于谷歌与 IBM 开展量子计算研究竞争的评述中。

他们认为， 当量子计算机发展到 50 量子比特的时候，就能实现 “ 量子霸权 ”，超过世界上任何传统计算机，能够解决传统计算机解决不了的问题 。

如果不是很了解量子的概念，大可以先把量子计算机当成一种先进的电脑，量子比特当成一种特别的比特。

大家都知道传统计算机是靠数字 0 和 1 的二进制进行存储和运算的，一个比特代表一个数，一堆比特就成了数据。量子比特则是可以同时表达 1 和 0 的另类。

我们把小黑胖比作比特，方便大家理解。

小黑胖可以吃鸡腿，也能啃猪蹄，但从常识来说，同一时间他只能吃其中一种。

但量子小黑胖就不一样了， 他能在吃鸡腿的同时也在啃猪蹄 ，如果不掰开他的嘴看看，你永远不知道他吃什么。

于是有人预言，当 50 个量子小黑胖一起吃东西时，就能吃掉不管多少个普通小黑胖都没法在一顿饭的时间里吃掉的肉山。

可谁也不知道那么多量子小黑胖在一起会不会打起来；会不会干脆打起来了麻将，不吃东西了。

于是大家决定， 如果谁成功凑齐这么多量子小黑胖并让他们吃掉那座肉山，就说他实现了“ 量子霸权 ” 。

事情就是这样

相信有差友都开始骂人了， 这是哪门子的“ 霸权 ”啊？

虽然不存在什么量子小黑胖，也没人能一边吃鸡腿同时啃猪蹄，更理解不了为什么掰开嘴之后里边只剩下了一种食物，但“量子霸权”就是这么回事。

谷歌针对某个问题，弄出了这么一台量子计算机。然后证明了在这个问题上最厉害的超算都算不过量子计算机。

不过天见可怜，估计评述的作者也想不到，他只是想感慨量子计算机的算力优势，没想到这个单词在中国朋友这还有这么复杂的意思。

其实让托尼来形容，估计也想不出啥准确的词，或许可以叫 “ 量子牛逼 ” ？

至于它的算力有多强，给大家举个栗子。

0 就像硬币的正面， 1 就像硬币的反面，传统计算机里面，每次抛硬币要么是正面要么是反面。

如果扔两枚硬币，传统计算机要像小孩子一样，同一时刻只能在正正、正反、反正、反反这四种状态中选一种。而量子不做选择，所有状态同时全都要。

可能差友对这种近乎耍赖的行为没什么概念，那我们再换颗实际点的栗子。

大家说好去找万匹丝，路飞坐船从东海出发，你鸣人却用多重影分身分头找。还敢说你鸣本开没开挂！

虽说不管多么复杂的算法，通过不断重复的计算都能得到答案，但是有些问题算起来就是成千上万年，得到答案的时候可能早都不需要了。

为什么现在的人工智能更像个人工智障，为什么人类迟迟破了不了基因的秘密，为什么邮递员的最短路线算不出来。。。 还不是因为算不过来 ！

但这些为什么大部分都会在量子计算下被摧枯拉朽地解决。

毫无疑问，现在的密码对上量子计算机的下场只有一个， 输的连裤衩都不剩 。

传统加密方式在挂壁面前毫无意义，个人的、银行的、机关的，就连区块链的秘钥被试出来也就是分分钟的事。。。

现有的加密算法

不过这是“ 现在 ”的密码系统对比有了完善算法的“完全体”量子计算机的情况， 现在真正意义上的量子计算机还没影呢 。

2000 年时 IBM 首席科学家迪文森佐提出了量子计算机应该满足的五条标准， 可现在还没谁能全部达标（ 包括谷歌这次 ） ，谷歌这次的算法和密码破解也没一毛钱关系。

算力会进步，加密方式也在变强。

512 位的 RSA 加密算法在 1999 年就被破解了。

768 位的 RSA 加密算法也只撑了 10 年 。

虽然目前广泛采用的 RSA 1024 还好好的，但居安思危，早有人提议启用 RSA 2048 ，甚至是 RSA 4096 。

就连数字证书中常用的 SHA-1 算法，在 2017 年也被谷歌破解。

但，目前为止也没见哪个国家的核弹密匙被盗用。

退一万步 ，量子计算的对手也该是同样开挂的量子加密。

就像矛和盾，铁矛刺穿木盾当然毫不费力，但因此就说矛比盾强，边上的铁盾肯定不乐意。

道理是这么个道理，不过大家肯定还关心： 咱们国家有铁盾了没，厚实不？

虽然量子计算方面各国还是一个你追我赶的状态，但在量子加密领域我国可以说是一骑绝尘。

早在 2016 年，我国就已经把量子卫星“ 墨子号 ”送上天，并在 2017 年通过 “ 墨子号 ” 与奥地利科学家进行了量子加密的视频通话~

除了盾硬，矛也得造。政府的大力扶持， 科技 企业的不断投入， 我国在量子计算领域也稳坐第一梯队 。

阿里巴巴达摩院 2017 年就和中科院合作成立了 “ 中科院阿里巴巴量子计算实验室 ”，与一众 科技 巨头争夺 “ 量子霸权 ”。

华为投入研究量子计算之余，也在提升行业生态和人才基数：华为云提供云量子模拟，沃土计划培养未来量子计算人才。

“ 量子霸权 ”才是个开头呢，后面的 科技 竞争还需要源源不断的人才支撑。

托尼没这么大本事弄出一大块人才成长的沃土，但有平均水准超高的差友们啊！虽说没谁看这么篇文章就要努力研究量子 科技 去，但多少能让更多人知道量子计算是怎么回事。

哪怕只有一点点， 社会 关于量子 科技 的环境都在变好。

这就值了。

谷歌真正实现量子霸权，距离使用还有一段距离，还引用中科大观点

提到量子技术，想必如今很多人对其十分了解，毕竟这是科学领域经常可以听到甚至研究多年的新兴技术。而谷歌作为其中的佼佼者，此前宣布已经实现了量子霸权，那么什么叫做量子霸权？根据了解，量子霸权是指量子计算机装置在特定的测试上，拥有领先超级计算机的能力。想要真正实现量子霸权，需要拥有高效、运行于经典计算机的量子计算模拟器。其中最大的区别就是，量子计算机运用到了量子比特，而比特作为一个信息单元，通常情况下只有2种情况，也可以理解为是正面和反面，可是量子比特却属于持续可调状态。

可以说比特只1个状态，可是量子比特却拥有无数个状态。而谷歌所研发的量子计算机，在天气预报、药物研制、交通调度等领域有着极为重要的作用。可是按照目前的量子技术来看，距离真正投入使用还有一段距离。最重要的是，此前谷歌发表的论文就引用了中科大发表的论文，可以说谷歌想要将量子计算机全面投入使用，似乎还需要得到中科大的辅助，而且也需要中科大的论文辅助阐述该技术的多个观点。

当然，中国在量子研发领域与西方国家相比确实还有一定的差距，毕竟我国在 科技 领域一直存在大量的欠账。可是随着中科大异军突起之后，曾在2019年由吴俊杰率领的研究团队，开始在国际上率先进行量子称霸的相关研究，甚至还将这一技术运用在天河二号超级计算机之上。为此，也让我国在这一领域达到国际先进水平，甚至还提出了全新的计算模拟算法。可以说，这是中国专家经过多年努力的成果，倘若中国可以实现量子霸权，意味着将会进入全新的计算机能力飞跃时代。

最重要的是，如今全球范围内很多国家都在争相研究量子技术，希望可以早日实现量子霸权。但是很多国家连研制超级计算机的能力都不具备，更别谈进入量子计算机研究领域，这一点无异于是痴人说梦。同时也能看出，如今的中国在 科技 领域，确实拥有较强的实力，至少对比此前的中国可谓是有着翻天覆地的变化。

可是中国也知道，即便在诸多领域拥有极高的成就，可是与发达国家之间，依旧还存在差距。为此只能通过不断的努力，来缩小与西方的差距，相信凭借中国人的智慧，总有一天会达到全面领先全球的地位。

（文/华强）

量子霸权到底是什么？

最近，全球知名 科技 期刊《麻省理工学院技术评论》公布了2020年“全球十大突破性技术”的榜单。

当今互联网老大谷歌公司，在2019年成功演示的“量子霸权”技术成功入选。

《麻省理工学院技术评论》在国人心中，确实没有《科学》、《自然》等国际 科技 期刊有名。

不过麻省的这份十大技术榜单，堪称最近20年里最牛逼的科学预言大师，曾经准确预测了深度学习、智能手表、脑机接口、基因疗法等目前风口技术的崛起。

那么问题就真的来了，谷歌搞的量子霸权到底是个什么东东？

1、量子之父普朗克

量子的出现，其实都是被牛顿力学逼出来的，在十九世纪末期，牛顿力学无法解释清楚的问题只剩下了两个。

一个问题后来被爱因斯坦的相对论解决了，最后剩下的这个就是黑体的能量辐射问题。

当时人们根据经典牛顿力学建立了两个关于黑体辐射的公式，但最后都无法完美支持实际的实验结果。

一直喜欢研究热辐射的德国帅哥普朗克，使出九牛二虎之力，也始终无法得出合理的实验结果。

无奈的普朗克选择了弄虚作假，搞出来一个被后世称为普朗克定理的新公式，最终确实得出了完全吻合实验结果的数据。

为了自圆其说地解释新公式，普朗克又提出了一系列假说，所谓假说，其内涵就是，我没有证据，但我就那么认为，你能咋地吧。

这个假说就是辐射的量子化假说，而量子呢，被普朗克假定为一种最小的无法分割的单位，简单说量子就是构成物质的最小单元。

一群支持量子的科学家，前排左二为普朗克

量子假说一被提出，好像打开了潘多拉魔盒，所有的科学家像疯了一样，纷纷在量子的基础上提出自己的假说。

爱因斯坦提出了光量子假说，德布罗意宣布了波粒二象性假说，泡利搞出了不相容原理，薛定谔养出了那只不知死活的猫，狄拉克最后又整出了狄拉克方程，把爱因斯坦的相对论也彻底拉进了量子理论。

假话说了一千遍，就成了真理，二十世纪唯二深刻的物理学革命—量子力学时代，就此在一堆科学大牛假说的基础上拉开了大幕。

不同时期的普朗克

普朗克做为量子力学之父，年青时也是妥妥的大帅哥一枚，研究量子之后，就变成上图右边的造型了。

作为二十世纪最重要的两位物理学家，爱因斯坦的名气貌似比普朗克大好多。

其实，两个人的科学贡献是难分伯仲的，因为现代物理学的两块基石，相对论和量子力学，正是由二人奠基。

如果您实在记不住普朗克，我这里倒是有一个小窍门，大家肯定都知道质量的国际单位制是千克，而物体的质量随着时间的流逝是会发生改变的。

那么，怎样做才能得到一个恒定的物理常量呢，科学家们于是脑洞大开。

国际千克原器

首先由恒定不变的量子力学常量—普朗克常数来代表物体，然后再用爱因斯坦的质能方程来计算质量，得到的就是一个恒定不变的值了。

一个大家经常使用的质量基本单位，就轻松地把两位最伟大的科学家紧密联系起来，真是让人始料不及。

2、什么是量子计算机

如果说普朗克的量子学说，打开了人们研究微观世界的大门，是第一次量子革命。

那么，当上世纪80年代，量子力学被应用到信息科学，诞生了量子信息科学后，第二次量子革命就正式开始了。

量子信息科学极大促进了微纳制造技术的发展，现在被美国卡脖子的芯片，相当大的部分属于微纳技术。

而量子信息学科最大的两个分支就是量子计算和量子通信，而量子计算机就是进行量子计算的最佳载具。

某种意义上，量子计算是打开未来无限可能性的一把钥匙，与传统的数字计算相比，量子计算采用了全新的模式。

传统的计算机数据编码，一般会采用二进制0,1表示，小学生都知道0和1是非常确定的状态，非此即彼。

上古神兽之薛定谔的猫

然而，自从神兽薛定谔的猫出现后，大家所认知的一切都被颠覆了，所有的一切都是不可预知的。

本来传统计算机，一个二进制位只能存一个0或1,二者必取其一。

而在量子计算机里，一个量子位，可以同时处于多个状态，就是说它可以同时既是0，也是1，这就比传统计算机，大大提高了存储能力和运算能力。

如果不能理解的话，你就可以好好想想计算器和算盘，它们计算速度差别有多大吧。

如果量子计算机正式走向实际应用，那计算机的存储、计算能力会指数级提升，IT产业也将获得革命性进展。

3、量子霸权到底是啥

2012年，美国加州理工学院普雷斯基尔教授首次提出了“量子霸权”的概念，这个词就是说，当一个量子计算机做到了传统计算机根本做不到的事，就是实现了“量子霸权”。

谷歌公司的量子计算机

而谷歌公司声称实现的“量子霸权”，就是用一台量子计算机在200秒内，从一个量子电路中，采集了100万个样本，，而这个工作量，如果用当今最强大的超级计算机执行，则需要运算整整一万年。

所以量子霸权之争，实际上就是未来的数字世界霸主之争，量子计算将成为未来的颠覆性技术。

比如说密码破译工作，据说目前美国建立了一个数据库，专门用来存储对手的外交、军事、经济等暂时无法破译的机密信息，以等待未来的量子计算机成功破译。

一旦破译成功，这些信息就可以用来推算对手过去的工作模式，从而可以推测如今可能的工作方式。

目前量子计算机在硬件实现上，还面临许多困难，还需要研究更新的量子算法，但以量子技术为核心的第四次技术革命却真是离我们越来越近。

4、中国的量子霸权

中国目前是量子技术的主要玩家，我国的几大 科技 公司，也先后布局了量子计算。

比如阿里的达摩院，就发布了量子计算云平台，并推出了量子模拟器“太章”，百度、腾讯、华为也同样有自己的量子计算蓝图。

中国量子领军人物潘建伟院士

此外在去年底，国防科大的量子计算团队，也将新研的量子计算模拟算法应用到“天河二号”超级计算机中。

就连谷歌的这次量子霸权实验数据，也引用了中国这项算法的公开论文。

目前我国量子计算正处于从实验室到实际应用的嬗变中，能否在这场量子计算的竞争中弯道超车，决定了我国是否能抢占未来 科技 革命的制高点。

谷歌终于实现量子霸权了吗？

2017，2018，2019年早些时候连续三年宣布之后，谷歌终于还是正式宣布实现“量子霸权”了，还找了Nature站台。内容就是上次NASA网站贴出来的。

它做了一个量子模拟实验，用0.1%的保真度(即误差三个量级)实现了某种计算，连计算结果都没有，或者说明该计算有什么意义。谷歌指定现有的超级计算机按照它要求的方式模拟，说如果那样算的话需要一万年。该文章已经有耶鲁和希伯来大学的Gil Kalai教授指出是错误的，也有IBM量子计算专家指出，即使超算进行谷歌要求的计算，也根本用不了一万年，只需要几天。

我早就说过量子模拟跟传统的实验无法区别：

科学网-究竟什么是量子计算 - 雷奕安的博文blog.sciencenet.cn

且不说0.1%保真度（可信度）的计算有没有意义，对于任何一个量子模拟系统，对该系统的测量（即量子计算，无论方式多么复杂），只能得到该系统自身的信息，不能用于任何别的系统。比如随便一个原子（非氢原子），其能级（或者任何其它性质）就是自然的量子模拟，到目前为止，我们原则上无法计算出该原子的能级，但是实验可以测量出来很多。实验结果当然是可靠的。谁便一个原子都是这样，不用说更复杂的系统了。虽然对大部分系统，我们采用近似的理论（比如说量子力学）就足够，但是我们的确无法完备准确地描述该系统。量子模拟就是实验，不能说采用了近似的非相对论量子力学进行分解描述，就成了量子计算。

如果一定要把量子模拟实验叫做量子计算，那么“量子霸权”早就实现了，根本不需要任何人做实验证明。因为任何一个实验，或者一个物理体系，都是对自身的量子计算，都是自身所有微观量子过程的综合效应，一般来说，都很难计算，或者无法计算。量子霸权从来都存在，它就是真实的物理世界，而我们对真实物理世界的理论描述，及相关的数值计算总是不够完备。谷歌的“量子霸权”是对这一基本事实的分解论证。

再举一个例子，双缝干涉实验，很容易用经典的波实现，原理也很清楚。如果做成量子实验，把波源变成一个一个的量子（光子，电子，等），大量统计之后，还是得到跟经典波一样的实验结果，原理也是一样的。只不过多了一个如何理解单个量子怎么穿过双缝的问题，虽然该理解根本不影响实验结果。

要说明量子模拟不是传统实验，而是计算，就必须能计算出另外一个东西来。这个东西可以是抽象的，比如整数分解，也可以是另一个实际问题，问题是量子模拟做不到。它就是它自己，不是任何别的东西，原因我以前也说过。一个量子系统，无论是动态的还是静态的，最后就是该系统遵循薛定谔方程的解（非相对论近似理论情形），薛定谔方程是一个微分方程，其解取决于其势函数和边条件。而势函数和边条件是系统设定，不能变化，变化了就是另一个系统。一个系统的解不能用于另一个系统，虽然非常接近的系统之间有一定参考价值。

已经宣布实现“量子霸权”了，却又说还没有实用价值，是不是有强行制造轰动效应的嫌疑？就像一个炼丹的，不停吹嘘他炼出的丹药可以包治百病，长生不老，然后说已经炼出来了，但是告诉你既治不了病，也不能延年，围观者会怎么看？

一文读懂“量子霸权”

光子盒研究院出品

自从去年10月23日，谷歌“利用可编程超导处理器实现量子霸权”被正式刊文介绍之后，世界都认识到了一个新名词：“量子霸权”。谷歌开发出的一款54量子比特的超导量子芯片“Sycamore”，对随机量子线路采样100万次只需200秒，而目前最强的传统超级计算机Summit要得到类似的结果需要长达1万年（IBM已证明只需3天）。

再谈量子霸权

量子霸权（Quantum Supremacy），也叫“量子优势”或“量子至上”，是指量子计算机具备超越经典计算机的计算能力。量子霸权的概念由美国理论物理学家 John Preskill于2011年提出。 业界普遍认为，实现量子霸权是量子计算从理论实验走向通用的开端。

一般认为， 如果量子计算机在“某些特定问题”上的计算能力超过了传统经典计算机，那么就被认为实现了“量子霸权”。 专家估计，如果量子计算机能操控超过49个量子比特，其在某个特定问题上的计算速度就有可能超过包含超级计算机在内的任何传统计算机。

为什么谷歌那么在意自己获得了“量子霸权”？人类实现“量子霸权”究竟有多大意义？

量子霸权实验可以类比贝尔实验。贝尔实验已经无漏洞地反驳了定域隐变量模型，而量子霸权实验将驳倒“拓展的丘奇—图灵论题”，其表述为：经典计算机可以在多项式时间内有效模拟任何物理过程。“量子霸权”将提供一个令人信服的证据证明经典计算模型无法模拟纠缠，更无法获得量子计算的计算能力。

“量子霸权”对于完善基础量子理论也至关重要，因为到目前为止量子力学是唯一改变计算模型的物理理论。另一方面，实现“量子霸权”将极大增强我们对实现大规模可扩展的通用量子计算机的信心。

但显然，随着量子计算的研究成果呈现显著增长，整个国际 社会 和舆论对于量子计算带来了过分的炒作，MIT的理论物理学家Seth Lloyd谈到：“整个量子计算领域现在正走向疯狂。” 量子霸权这一概念加剧了媒体与 科技 公司对量子技术的炒作，其提出者Preskill也因此开始反思这个概念是否合适。

近年来，谷歌、IBM等公司纷纷对外宣称成功开发出了大数量（50以上）量子比特的量子计算原型机。然而，实现量子计算的关键参数不仅仅是量子比特的数目，还有系统的保真度。 随着量子比特数目的增加，量子计算的保真度也会急剧的下降，这将导致错误率很迅速上升。

IBM Research部门负责人Dario Gil对外表示：“量子比特数量增加只是一个方面，控制的量子比特越多，量子比特之间纠缠的交互作用就会越复杂。如果人类拥有了更多的量子比特，但它们相互联系时会有很高的错误率，那么它们不见得比错误率较低的只有5个量子比特的机器强大。”

量子霸权的实现路径

量子霸权概念提出后，各国科学家们提出了很多种实验和理论方案。MIT的Aram Harrow等人在2017年列出五条实现量子霸权的条件：

1、首先这个计算任务必须定义明确。

2、对应该计算任务，要有一个合理的量子算法。

3、对于经典计算机可以满足的时间和空间。

4、计算复杂性理论基础假设（经典无法模拟量子的假设）成立。

5、计算结果可以得到验证。

这五个条件为量子霸权的实现指明了方向。依据这五条标准，目前业内主流的几个理论方案如下：

1、Shor算法是量子计算机最具应用前景的算法，而且其结果很容易被证实，理应是实现“量子霸权”的一个最优选项。但是，到目前为止最好的估计告诉我们，如果想要分解一个2048位的大整数，需要数千个纠缠的量子比特，对于目前的技术来说，这很难在一个较短的时间内实现。

2、“玻色采样”方案是有较强的计算复杂性理论支撑，但是物理实现并不明确；玻色采样的理论方案最早由MIT的理论计算机科学家Scott Aaronson等人在2011年提出。玻色采样是指对从一个复杂干涉网络输出的玻色子的态空间进行采样，类似于经典世界的高尔顿板。玻色采样所需的物理资源仅仅是不可识别的玻色子(光子)，线性演化以及测量。其中玻色子类似于高尔顿钉板中的小球，线性演化类似于小球经过钉板的 过程。但是以光量子计算方案为基础的玻色采样面临光子制备和探测效率低的实验技术难题。不过，最新实验研究表明玻色采样即将逼近“量子霸权”，中国 科技 大学潘建伟团队利用自主研发的高品质单光子源，实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色采样量子计算，美国物理学会Physics网站以“玻色采样量子计算逼近里程碑”为题对该成果做了精选报道。

3、谷歌主导的随机线路采样方案，是短期内物理实现较容易，但是理论证明并不明确。该方案得益于高品质超导量子比特的快速发展。随机线路采样是对随机量子线路的输出分布进行采样。谷歌去年利用Sycamore的53个量子比特的可编程超导量子处理器实现了“量子霸权”。不过这个结果很快遭到IBM研究人员的质疑，并且很快在预印网站arxiv上刊出了他们的成果，文章中指出，利用他们的方法，经典超级计算机可以在2.5天内以更高的保真度完成相同的计算任务。那么按照这个结果，我们距离“量子霸权”还很远。

量子霸权有点玄

实际上，IBM并不提倡使用“量子霸权”这一概念，他们认为“量子霸权”更像是谷歌公司炒作自身的工具。 因此，更可靠的说法应该是，未来的很长时间内，经典计算机和量子计算机将会共存，各自负责不同的计算领域，今后的计算机极有可能同时包含经典和量子两部分，各自处理自身优势的计算任务。

目前距离实用的量子计算机还有很长的路要走，一方面，实验量子计算还存在很多不可逾越的技术障碍，目前的实验系统，普遍面临纠缠量子比特数少、相干时间短、出错率高等诸多挑战；另一方面，量子计算相对于经典计算机的优势还有待进一步确认。

Uhlig表示，量子计算虽然被人类给予了厚望，但是其能否取代经典计算机，现在下结论还为时过早。目前来讲，经典无法有效模拟量子系统这一描述仅仅是学界的共识，并没有完全证明。

量子计算的计算模型和思路同样可以应用到经典计算中，经典计算的计算能力还有待进一步开发，研究者们对于经典计算仍然充满期待。虽然谷歌宣布实现了“量子霸权”，但是这样的“量子霸权”可能只是暂时的，不排除会有加速经典算法的出现。

来自美国得克萨斯大学奥斯汀分校的18岁华裔少女Ewin Tang， 在其本科毕业设计中提出了一个可以媲美量子算法的经典算法。 从2017年秋天开始，她在Scott Aaronson指导下，试图证明经典算法无法提供量子算法这样的加速。

但是经过几个月的努力，Ewin并没有找到相关证据，相反，她开始考虑是否确实存在这样的经典算法。最终，Ewin发现KP算法利用了量子相位估计，而对于经典算法可以不需要相位估计，通过用户偏好矩阵的一个微小子矩阵的随机采样就可以实现类似的加速效应。

随后Ewin参加了在伯克利举行的一个量子计算会议，将自己的成果向在座专家（其中包括KP算法的提出者）进行了汇报，经过近四个小时的讨论，与会专家一致认为Ewin的经典算法是正确的。

通用量子计算机还有多远？

2019年9月，新兴量子技术国际大会的白皮书将面向规模化、实用化方向演进的量子计算的研究路线概括为：

第一阶段是实现量子霸权，量子计算模拟机具备针对特定问题超越传统超级计算机的计算能力，其中第一阶段又可以分出两个阶段，分别为量子霸权阶段和NISQ（含噪声的中型量子）阶段，NISQ时代是量子霸权的第二阶段，具备50-100个量子比特的量子计算机将研发出来，可以执行超越当前经典计算机能力范围的任务，使用含噪声的中型量子技术的设备将成为 探索 多体量子物理学的有用工具；

第二阶段是实现具有应用价值的专用量子计算模拟系统，并在组合优化、机器学习、量子化学等方面发挥巨大作用。面向具体领域的专用型量子计算机有望率先成熟并获得应用落地，实现几百个量子比特的操控，研制专用的量子模拟机用于高温超导机制、特殊材料设计等目前经典计算机无法完成的工作；

第三阶段是实现可编程的通用量子计算机，并在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥重要作用。通用量子计算机通过把物理量子比特编码成逻辑量子比特，实现可编程通用的量子急速三级，最终在大数据处理、人工智能、密码破译等领域产生颠覆性影响。

从上可见，量子计算机的发展过程还很漫长，距离真正可商业化还有很长的距离，量子计算商用化目前面临的挑战主要有：

1、量子位是否可以实现规模化扩展，这在理论研究和工程建设两个层面都是重要挑战，量子位规模化扩展势在 行，现在虽然只是几十个量子位，未来要解决几十万甚至上百万量子位的问题，量子计算商用化的成功与否的决定性前提；

2、学界和工业界目前都在开发各种固态量子系处理器，技术路线无统一定论，商用层面的通用量子计算技术的统一标准更无从谈起；要谈量子计算的商业应用，必须要配备严格的环境控制，例如需要构建严格而稳定的低温环境，才能保障大量量子位稳定运行；软件堆栈的演化面临巨大挑战，既需要能够将算法投射到问题本身，又最终可以让高稳定性和可靠性的量子系统在真实应用场景中解决问题。

量子计算机从理论上来说，完全可以实现。但要真正把他做出来，在实现上有很多技术和工程的难题，比如，量子相干性的保持、量子比特的操控和集成之间的平衡问题、量子测控系统和量子芯片的互联和自适应问题、量子比特的纠错与容错，以及更多量子算法和量子软件的开发问题等。

这些问题很多都是基础工艺和工程问题，还有材料和基础化学问题，短时间难以克服，需要一点点推进。

-End-

1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。