谷歌的量子霸权声明与随后的里程碑竞赛

《财富》杂志在2019年9月20日报道称，这一说法出自当周早些时候发布在NASA.gov上的一篇科学论文，该论文随后被撤下。《财富》获得了一份副本。《金融时报》率先报道了这一消息。谷歌发言人拒绝证实论文及其结果的真实性，NASA也未立即回应置评请求。

一位了解情况的谷歌消息人士透露，NASA意外提前发表了这篇论文。当时团队的结论尚未经过科学同行评审，而这一过程可能需要数周甚至数月。于是，支撑整个故事的核心数字——200秒对1万年——未经评审便进入了公众视野。量子领域的每一个里程碑都呈现这种形态：一次测量，一次与经典计算机的比较，以及关于这种比较究竟意味着什么的争论。

2019年的论文描述了一项实验：在一个涉及量子现象的特殊场景中，对随机生成的数字进行采样。研究人员表示，他们的量子计算机在这项任务上击败了传统计算机。该任务涉及计算某些特定电路的输出。

谷歌的这台机器名为Sycamore，包含53个量子比特，这是衡量机器潜在算力的指标。团队此前设计过一台72量子比特的设备Bristlecone，此次缩减了规模。研究人员估计，在谷歌云服务器上执行同样的实验需要50万亿小时，这在时间上不可行。而在量子处理器上，他们称仅用了30秒。

两年前，目标是49个量子比特

这一雄心并非新鲜事。2017年4月，《麻省理工科技评论》报道，领导谷歌量子研究团队的John Martinis给自己只留了几个月时间，去实现计算史上的一个里程碑：一台能完成任何传统计算机都无法执行之计算的装置。他说，证明将来自一场直线竞速，一方是谷歌的芯片，另一方是全球最大的超级计算机之一。

当时，谷歌约25人的团队拥有一块新芯片，六个量子比特按二乘三排列。Martinis表示，这种布局表明，当量子比特并排放置时（正如更大设备中的情况），公司的技术依然有效。这同时也测试了一种制造方法：量子比特和控制它们的传统布线分别在不同芯片上制造，随后通过凸点键合连接。此举旨在消除可能干扰量子比特功能的多余控制线。谷歌曾发布过一块九个量子比特排成一线的芯片结果，但Martinis指出，霸权实验需要由49个量子比特组成的网格。30至50量子比特设备的设计已在推进中。

“整个过程都在运转，”Martinis告诉《麻省理工科技评论》，“现在我们准备好加快步伐了。”

并非所有人都将这个目标视为终点线。马里兰大学教授、初创公司IonQ联合创始人Chris Monroe称其为“一个学术里程碑”，并补充道：“之后你仍须弄清楚如何使其更具可扩展性和可编程性。”Martinis同意仍有大量工作要做，但他认为该实验可以成为基准，用于检验任何声称拥有可用量子计算机的人。他还表示，这一目标帮助谷歌管理层及联合创始人Sergey Brin认识到，这项技术正在变得真实。

IBM的反驳，以及另一种衡量标准

IBM也有自己的发布。2017年11月10日，美联社报道，IBM科学家制造并测量了一个50量子比特的处理器原型。领导IBM量子计算与人工智能研究部门的Dario Gil表示，这是首次有公司构建出这一规模的量子计算机。未参与该研究的麻省理工学院机械工程教授Seth Lloyd指出，IBM可能仍有故障需解决，但此次发布标志着重大进展。

到2019年3月，IBM开始反对将量子比特数作为头条指标。在美国物理学会三月会议上，该公司公布了Q System One的量子体积为16。该设备拥有20量子比特的处理器，其量子体积是现有IBM Q系统（量子体积为8）的两倍。量子体积由量子比特数、连接性和相干时间决定，同时计入门操作与测量误差、器件串扰以及电路软件编译器效率。IBM称，量子体积需每年翻一番，才能在十年内达到“量子优势”，即量子应用相对于经典计算机带来显著优势的时刻。

Gil对“霸权”这一表述的不满直言不讳。“这项实验和‘霸权’一词几乎会被所有人误解，”他对《财富》说，并将该工作描述为高度特殊的实验室实验，“没有实际应用”。他补充道：“量子计算机永远不会‘统治’经典计算机，而是会与它们协同工作，因为各自都有独特的优势。”

英特尔实验室量子硬件总监Jim Clarke称谷歌的更新是“一个值得注意的里程标记”，并表示商业上可行的量子计算机需要许多研发突破。“虽然开发仍处在这场马拉松的第一英里，但我们坚信这项技术的潜力，”他说。

谷歌研究人员对近期前景更为乐观。“由于这些进展，量子计算正从研究课题转变为一项开启新计算能力的技术，”他们在论文中写道，并补充：“距离有价值的近期应用，我们只差一个有创造力的算法。”