谷歌、IBM們的“量子爭霸”迷局

原標(biāo)題：谷歌、IBM們的“量子爭霸”迷局

雖然官網(wǎng)很快撤下了論文，但NASA驗(yàn)證谷歌獲得“量子霸權(quán)”的消息，已經(jīng)讓潛在對手和等待已久的業(yè)界集體躁動了起來。

相關(guān)內(nèi)容想必大家已經(jīng)看到了許多討論，就不再贅述了。簡單來說，就是谷歌的量子計(jì)算機(jī)完成相關(guān)計(jì)算的時(shí)間是200秒，而經(jīng)典計(jì)算機(jī)summit要花一萬年。這被看做是“量子計(jì)算機(jī)首次完全超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)”，也就是所謂的“量子霸權(quán)”。

當(dāng)然，這并不代表“優(yōu)勢”能一直保持，距離真正可行的實(shí)際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)，也并不會帶來什么國家安全上的威脅（真有這么厲害各國情報(bào)人員一定早就拉警報(bào)了）……

因此與技術(shù)本身相比，巨頭們圍繞“量子霸權(quán)”這一名詞放風(fēng)卡位，作為這一領(lǐng)域的固定表演節(jié)目，反而是更加有趣的一件事。

量子霸權(quán)的真相：車輪戰(zhàn)和輿論戰(zhàn)

從2015年開始，這場名叫“量子霸權(quán)”的競賽就已經(jīng)很激烈了。

在Google、IBM、Intel、Microsoft等等重量級玩家陣容中，微軟的拓?fù)淞孔佑?jì)算看起來遙遙無期，Intel專注的硅量子點(diǎn)技術(shù)也比較冷門。谷歌和IBM的超導(dǎo)量子計(jì)算進(jìn)展最快，也就成了最有希望率先破局的存在。

問題是，誰能率先取得突破？每年的“官宣”就是更新大眾認(rèn)知、奠定行業(yè)地位的關(guān)鍵時(shí)期。

2017年4月，Google宣布要在年底打造出世界上第一臺超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)49個(gè)量子比特的操控。同年11月，就被IBM搶了首發(fā)，推出了可以“支持50 個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)”，將使用在下一代的IBM Q系統(tǒng)中。

這在當(dāng)時(shí)不僅僅代表技術(shù)上打破了谷歌的“量子壟斷”，還顯露出了工程化的可能性，在此之前全世界還沒有一家公司可以在這樣的尺度上構(gòu)建一個(gè)量子計(jì)算機(jī)，許多業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為量子霸權(quán)將在一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

谷歌必須不能忍。隨即就在2018年鉚足了勁沖擊“量子霸權(quán)”，公布了一款名為Bristlecone的芯片，并宣稱這款芯片可以支持72個(gè)量子比特的計(jì)算。下半年，又與NASA達(dá)成合作，利用其超級計(jì)算機(jī)通過谷歌云測試Bristlecone的性能，勢要踹開量子霸權(quán)的臨門一腳。

IBM的“回應(yīng)”也在2019年1月如期而至，美國CES展上，IBM展示了自己最新的可操縱20個(gè)量子比特的“IBM Q系統(tǒng)1”。雖然量子比特的數(shù)量不及業(yè)界此前發(fā)布的一些設(shè)備，但表現(xiàn)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊，被看做是可“商用”的量子計(jì)算機(jī)雛形。

而谷歌剛剛靠NASA的助攻下拿到“量子霸權(quán)”的首發(fā)之時(shí)，IBM更是公開表示不服，高管羅伯特·薩托（Robert Sutor）說“我們根本不用（這個(gè)詞）”“我們一點(diǎn)都不在乎”，并宣布推出53量子比特的可“商用”量子計(jì)算機(jī)。

不難發(fā)現(xiàn)，谷歌與IBM這兩個(gè)“學(xué)霸”在勇爭第一的道路上神奇地保持著有來有往的平衡。

雙方忙著大打輿論戰(zhàn)，路人卻越來越糊涂。

首先，大眾很難對相關(guān)報(bào)道進(jìn)行獨(dú)立核實(shí)，比如這次谷歌就拒絕對NASA報(bào)告進(jìn)行置評，論文還很快就被撤下了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也沒有同行評議，無法復(fù)現(xiàn)，而硬件也沒見到傳說中的量產(chǎn)實(shí)物，谷歌的芯片也好，IBM的商用機(jī)也罷，都被認(rèn)為欠缺權(quán)威性。

這種“別問，問就是看通稿”的迷之默契，讓這場聲勢浩大的“量子霸權(quán)”之爭，顯得別有意味……

“量子式哲學(xué)”：技術(shù)自由“心證”

要弄懂谷歌和IBM這種有來有往、隔空喊話的掐架模式，首先需要聊聊，“量子霸權(quán)”究竟重要在哪兒？

我們知道，量子計(jì)算能夠在同時(shí)完成經(jīng)典計(jì)算（并行計(jì)算）的時(shí)候，并將它們按一定的概率振幅疊加（相干疊加）起來，這會使計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈現(xiàn)出驚人的指數(shù)增長，解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題。

誰先獲得“量子霸權(quán)”，就意味著誰掌握了技術(shù)制高點(diǎn)，與新計(jì)算世界的標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)，在市場競爭中占據(jù)有利位置。

主導(dǎo)權(quán)不得不爭，那么問題來了，IBM、谷歌，包括英特爾、微軟選擇的都是通過積極競賽，試圖碾壓和勸退潛在的競爭對手，卻對自家的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)諱莫如深。都是搞技術(shù)的人，大家真誠一點(diǎn)不好嗎？

答案或許是，實(shí)打?qū)嵉募夹g(shù)突破真心太難了！

大眾和資本翹首以盼，這么形容社會對量子計(jì)算的期待并不為過。最常聽到的“恐怖故事”，就是量子加密，破譯現(xiàn)在的任何密碼都是小case，再聯(lián)想一下國防和金融安全。不僅普通人已經(jīng)被培養(yǎng)出了“國家興亡，全靠量子”的科學(xué)素養(yǎng)，資本也通過大量證據(jù)，認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)的“優(yōu)勢”是注定會出現(xiàn)的，那么“量子霸權(quán)”自然就成為新舊技術(shù)世界的轉(zhuǎn)折標(biāo)志。率先押注可能帶來未來收益的種子選手，也就不足為奇了。

但與全社會殷切期盼形成鮮明對比的，就是量子技術(shù)的瓶頸并不像量子本身一樣脆弱。相反，還特別頑強(qiáng)。

因?yàn)?，?shí)現(xiàn)量子霸權(quán)至少有兩個(gè)關(guān)鍵條件：一是計(jì)算的比特?cái)?shù)，普遍認(rèn)為應(yīng)該在70-100之間。二是糾錯(cuò)容錯(cuò)能力，要將錯(cuò)誤率控制在0.1%以內(nèi)。

量子數(shù)量目前已經(jīng)有許多突破，D-Wave公司的產(chǎn)品甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了2000個(gè)量子比特，但問題是，隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，錯(cuò)誤率也隨之增加，太高就會讓量子計(jì)算毫無意義。而要保持計(jì)算的穩(wěn)定性，也就是量子糾纏操縱精度、相干特性、邏輯門保真度等指標(biāo)，縱使谷歌和IBM工程師們都禿了頭也進(jìn)展緩慢。

目前，最低的錯(cuò)誤率在0.5%左右，這意味著每200次操作中大約有一個(gè)錯(cuò)誤。聽起來還不錯(cuò)？可是這比標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率高太多了，后者大約每1017次運(yùn)算才有一個(gè)錯(cuò)誤。

這會導(dǎo)致什么呢？那就是存在嚴(yán)重的工程障礙。量子計(jì)算機(jī)在做任何有用的實(shí)際運(yùn)算中，要額外增加千倍的算力去進(jìn)行糾錯(cuò)，而這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前的技術(shù)水平。

就算在學(xué)術(shù)上實(shí)現(xiàn)了，應(yīng)用中也需要付出巨大的開銷成本，恐怕會讓商業(yè)客戶直接勸退。

所以，目前主流的量子計(jì)算應(yīng)用探索，尚且集中在量子加密，以及量子模擬等基礎(chǔ)研究上，距離真正的商業(yè)應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。

這種情況大眾尚能淡定，但資本與輿論場卻有點(diǎn)不從容了。

要知道，為了沖擊“量子霸權(quán)”，IBM投入了約30億美元，谷歌經(jīng)費(fèi)屢創(chuàng)新高?；ㄥX如流水，自然也要給廣大股東們一個(gè)交代吧。畢竟，雖說目前是量子雙寡頭，但初創(chuàng)企業(yè)在資本助推下不斷涌現(xiàn)，老牌計(jì)算巨頭英特爾也鍥而不舍。

所以每年秋季，就是兩大學(xué)霸為了證明自己的領(lǐng)先地位而爭相“交作業(yè)”的時(shí)候。

既要不斷沖擊新的學(xué)術(shù)高峰，又要讓脆弱的量子變得可控可用，量子計(jì)算這兩大戰(zhàn)役都不是一年兩年就能結(jié)束的。年度“秀場”也就不得不借助“震驚部”的才華，在“數(shù)字”與“話術(shù)”上實(shí)現(xiàn)碾壓了。

量子時(shí)代的中國速度：故事才剛剛開始

谷歌與IBM的“量子霸權(quán)”爭奪，有點(diǎn)像學(xué)霸們明明知道自己只能考60分，但誰都不想讓年級第一的人設(shè)倒掉，也不好告訴家長培訓(xùn)班的錢都白花了，只好一面對外宣布一個(gè)比對方高一點(diǎn)點(diǎn)的分?jǐn)?shù)，一面就是將卷面藏著掖著誰都不給看。

就著這場糾結(jié)而復(fù)雜的口水官司，不難看出，CPU時(shí)代的種種神話已成往事，量子時(shí)代的到來才是國家與企業(yè)競速的關(guān)鍵。

所以也是時(shí)候討論一個(gè)大家都更為關(guān)注的問題了——那就是，量子霸權(quán)注定就是谷歌或IBM的囊中之物了嗎？如果該領(lǐng)域也被加強(qiáng)技術(shù)封鎖，中國這個(gè)后進(jìn)生又該怎么辦？

關(guān)于這個(gè)話題，我們和一些專業(yè)人士聊了聊，壞消息是，各國在量子霸權(quán)上的爭奪，雖不至于劍拔弩張，但也不容樂觀。其中，美國穩(wěn)居第一梯隊(duì)，并且政策上已經(jīng)開始嚴(yán)防死守。

去年，特朗普簽署了一項(xiàng)量子計(jì)算相關(guān)法案，不僅將發(fā)展量子計(jì)算作為國家戰(zhàn)略布局，而且明確相關(guān)技術(shù)不能外流。在美國商務(wù)部工業(yè)安全署B(yǎng)IS針對關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的出口管制中，量子計(jì)算作為國家安全和高技術(shù)的代表，赫然在列。

換句話說，這場特殊的科技競賽中，一開始就流露出了濃重的火藥味。

先別急著呼吸困難地“卡脖子”，但同時(shí)，好消息是，中國在量子計(jì)算的道路上并不像經(jīng)典計(jì)算時(shí)代那樣步履蹣跚，相反，在基礎(chǔ)學(xué)科上已經(jīng)擁有了不少值得稱道的積累。

比如SCI論文總量，中國就位列全球第二。頂尖科研機(jī)構(gòu)也占據(jù)全球TOP20中的三席，分別為中國科學(xué)院（第三）、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（第七）和清華大學(xué)（第十七）。

人才儲備方面，中國籍或華人科學(xué)家也占據(jù)了論文發(fā)表數(shù)量前20名榜單的近一半，中科大郭光燦院士論文數(shù)量更是高居榜首。華人科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域的貢獻(xiàn)占比不斷攀升，也會持續(xù)提升中國在量子計(jì)算領(lǐng)域的國際話語權(quán)。

學(xué)術(shù)突破方面，最典型的代表，是中科院潘建偉院士團(tuán)隊(duì)近兩年的研究。去年六月，完成了12個(gè)超導(dǎo)比特量子的糾纏態(tài)；前不久，又成功實(shí)現(xiàn)了全光量子中繼器的原理性驗(yàn)證，為長距離量子通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建打下了基礎(chǔ)，在國際范圍內(nèi)尚屬首次。

這種不斷刷新學(xué)界高度的研發(fā)速度，正在疊加成量子世界的“中國效應(yīng)”。

應(yīng)用方面，中國科技巨頭的反應(yīng)也并不緩慢。BAT、華為在內(nèi)都相繼發(fā)布了量子計(jì)算戰(zhàn)略，投入眾多資源招攬人才、產(chǎn)學(xué)合作。

其中奔跑速度最快的華為，去年就公布了量子計(jì)算模擬器HiQ，能夠模擬42量子比特電路；今年的全聯(lián)接大會上，HiQ再一次升級，推動量子計(jì)算在中國產(chǎn)業(yè)端繼續(xù)向前。

加上各地量子科技產(chǎn)業(yè)基地紛紛落成，新的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)，社會性資本開始活躍，中國的量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)正在逐漸生長出了完整而立體的產(chǎn)業(yè)地圖。

從這個(gè)角度看，如果說CPU時(shí)代中國只能亦步亦趨，但“量子戰(zhàn)爭”卻是我們不容掉隊(duì)、也沒有錯(cuò)過的未來游戲。

正如中科大教授郭國平所說，“如果說實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)像一場馬拉松，現(xiàn)在才跑了幾公里。你前面領(lǐng)先，我后面有機(jī)會?！倍婕覀兊膮^(qū)別或許在于，有的在以令人恐慌的速度奔跑，有的則需要不斷制造“霸權(quán)焦慮”來兜售恐慌。

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