谷歌利用53量子比特Sycamore芯片实现量子霸权

谷歌公司日前发表一篇科学论文，表示已经成功在实验室环境中利用53量子比特超导芯片首次证明所谓“量子霸权”理论。

量子霸权是指对量子计算机执行复杂计算能力的实际证明，要求其解决经典计算机所无法解决的计算任务。谷歌方面此次宣布，其Sycamore芯片已经成功达成这项目标。

此次验证的核心，在于利用处理器中的量子比特查找随机数生成模式。Sycamore在约3分20秒之内即给出一组准确的结果。根据谷歌公司的介绍，即使是全球最强的超级计算机（由美国能源部使用的200千万亿次Summit系统），完成这项任务也需要1万年时间。

上个月，这篇论文的副本曾意外流出，而学术界对此做出的评价亦褒贬不一。《纽约时报》采访到的研究人员将谷歌的这一里程碑比作莱特兄弟于1903年首次完成飞机试飞。但着力开发自有量子芯片的IBM公司科学家则对这项突破提出质疑。

IBM专家们在博文当中指出，实际上，Sycamore所做的计算任务完全能够在经典计算机上求解。他们引用了IBM的一项分析结果，表明只要具备充足的存储硬件，Summit在理论上完全能够在合理时间内完成这项计算任务。他们指出，“我们认为，经典系统能够在2.5天之内完成同一任务的理想模拟，且保真度更高。”

事实上，量子计算领域的其他参与者对这条消息也抱持谨慎的乐观态度。红杉资本资助的量子软件初创企业Q-CTRL Pty公司CEO Michael Biercuk表示，“如果能够通过后续严格审查，这一学术成就将具有里程碑式的意义。”而英特尔实验室负责人Rich Uglig则强调，量子计算机远未达到商业可行的水平，但仍对这一消息表示祝贺。

此外，Constellation Research公司分析师Holger Mueller表示此次成果只是万里长征的第一步。

他指出，“这第一步当然是辛勤工作与大量投资的结果，但对量子计算的实际应用并没有多大影响。每项技术都拥有自己的第一步；对于现在的量子计算，最重要的在于降低复杂性、降低总体拥有成本，以及实现下一代量子应用与传统应用间的共存。”

打造一款超越超级计算机的量子芯片绝非易事。位于美国加州圣芭芭拉谷歌实验室（Sycamore即诞生于此）的研究人员开发出一种基于超导金属的新架构，同时采用可靠性更高的量子比特设计以避免计算错误。

谷歌公司量子计算负责人John Martinis与Sergio Boixo解释称，“我们利用一种新型控制旋钮达成了此次目标。该旋钮能够关闭相邻量子比特间的交互，从而极大减少这类多连接量子比特系统中出现的错误。我们还对芯片设计做出优化以减少串扰问题，同时开发出新的量子比特控制校准技术以进一步提高性能水平。”

谷歌公司在商用量子计算机的研发方面已经投入十余年光阴。其早在2006年就加入这场竞争，最早由研究人员Hartmut Neven发起项目，旨在探索如何将量子计算与机器学习结合起来。谷歌现在拥有专门的量子计算工程小组，并与多所高校就相关技术开展积极合作。