美國谷歌公司研究人員近日在美國國家航空航天局（NASA）官網上發表論文，稱其所研究的量子計算機僅需3分20秒就可完成目前全球最快超級計算機（“超算”）“頂點”需一萬年才能完成的計算。

谷歌稱這是量子計算機發展的一個重要里程碑，并以此宣稱自己已經成功實現了“量子霸權”。但這個“第一”充滿了爭議：NASA官網隨后刪除了論文，稱該研究尚未經過同行評議，可能為誤發；對手IBM則稱該系統是專門為解決單個問題而設計的硬件，而非通用計算機。無論這個第一是否算數，研究人員普遍認為，量子計算機距離解決任意實際問題還需要數年時間。

證明量子優勢的計算機

這篇論文的題目是“使用可編程超導處理器的量子優勢”，并詳細介紹了谷歌所說的第一個只能在量子處理器上執行的計算。英國媒體在這篇論文被刪除前保留了一份副本，“據我們所知，這個實驗標志著第一個只能在量子處理器上進行的計算。”這篇論文寫道。

據英國媒體20日報道，谷歌的量子計算機名為Sycamore，有54個超導量子位元，其中在測試期間工作的超導量子位元有53個。它的計算任務是“證明隨機數發生器產生數字的隨機性”。

據報道，Sycamore能夠在3分20秒內完成上述計算，而世界上最快的傳統超級計算機“頂點”解決同樣的問題大約需要1萬年。這意味著傳統計算機無法就此進行計算，并使得Sycamore成為第一個證明量子優勢的計算機。

距離解決實際問題還需數年時間

論文同時指出，盡管這臺計算機實現了“量子霸權的實驗”，并預示著“備受期待的計算范式的出現”，但它只能夠執行單一的、高度技術性的計算，量子計算機距離解決實際問題還需要數年時間。

據報道，谷歌在2017年首次組裝了一臺量子計算機，但這次嘗試沒有成功，因為這個含有72個超導量子位元的系統太難控制了。后來，谷歌與美國國家航空航天局合作，共同開發量子計算機技術。不久后，谷歌開發出54個量子位元設計的Sycamore，用于實現新的突破。

然而，至少有一家競爭對手對谷歌宣稱的成就提出了質疑。在接受英國媒體采訪時，IBM研究主管吉爾表示，谷歌宣稱已取得量子霸權地位“完全是錯誤的”。吉爾說，谷歌的系統是專門為解決單個問題而設計的硬件，并不是一臺通用計算機。在開發量子計算機的競爭中，IBM是谷歌的最大競爭對手。

量子霸權

加州理工學院教授普雷斯基爾在2012年提出了“量子霸權”的概念，即量子計算機能在特定問題上超越世界上性能最好的經典計算機。

量子力學法則

量子計算機依據一套完全不同于經典計算機的量子力學法則運行。量子位是量子計算機使用的基本信息單位。經典計算機中的比特為0或1，基于此進行二進制運算。量子位利用了被稱為疊加的量子現象，這意味著它們本質上同時以1和0的形式存在。

計算方法

量子計算機在計算方面的優勢在于，它成倍地增加了可以處理的信息量——在理想狀態下，50個量子比特一次可以進行2的50次方次運算，這已經是個天文數字。

“IBMQ系統1號”有面包車大小

在今年1月的消費電子展上，IBM推出了第一臺商用量子計算機。這臺電腦被稱為“IBMQ系統1號”，大約有一輛面包車那么大，通過云計算提供計算能力。

盡管“IBMQ系統1號”還遠不是一種實用的計算設備，但業內人士認為它比以前的量子計算機更加可靠——量子計算芯片非常不穩定，容易受到熱電干擾，而IBM的新設計能夠將這種干擾降到最低。

一些專家也表示，雖然Sycamore可能成功地完成了上述任務，但它很可能是經過訓練才得以處理這個任務的，這意味著它不會在其他沒有經過訓練的任務上取得同樣的成功。

前景巨大應用廣泛

研究人員對量子計算機的發展更為樂觀。“谷歌最近宣布實現量子霸權的成就是里程碑式的。”英特爾量子硬件主管克拉克說，“我們將和業界一起努力，快速推進相關領域的研究，以實現量子計算的真正潛力。雖然這項技術的研發還處于馬拉松比賽的前1公里，但我們堅信它的潛力。”

南加州大學的里德爾教授也稱贊谷歌系統減少了“串擾”，即量子計算機的量子位相互干擾的問題。“(谷歌)展示了一條量子計算的道路，一旦你擁有了一臺能完全糾正自己錯誤的量子計算機，就會看到無限可能。”他說。

谷歌預計，量子計算機的能力將以“雙指數速度”增長，而傳統計算機長期以來一直遵循摩爾定律，即每隔18個月左右，計算機的能力就會增長一倍。

研究人員預計，量子計算能力一旦開發出來，量子計算機有望在密碼學、化學、人工智能和機器學習等不同領域產生巨大影響。