“量子霸权是个模糊的里程碑”

  美国谷歌公司日前发布72量子比特处理器“狐尾松”，称其有望在未来实现“量子霸权”。就在人们纷纷猜测谷歌是否会在这场全球科学技术竞赛中夺魁时，美国斯坦福大学量子物理学家帕特里克海登近日对新华社记者提出了一个新颖观点：“量子霸权是个模糊的里程碑。”

  怎么才算实现了量子霸权？业界通常认为，量子霸权是指量子计算机如果在某个问题上的计算能力超过最强大的传统计算机，就实现了相对传统计算机的“霸权”。量子霸权被认为是量子计算发展道路上的一个重要里程碑。过去业界认为，如能有效操纵50个左右的量子比特，就能实现量子霸权。

  不过海登认为，这种观点对量子霸权的界定并不足够明确。首先，量子计算机中有一个特殊的种类是“量子模拟计算机”，它可以直接模拟一些系统的物理特性，已经超出了传统计算机模拟相关系统的能力。虽然量子模拟计算机仍有一些缺点，难以实用，但海登还是认为：“从这个方面来说，这些系统可能已实现了量子霸权。”

  第二，在计算能力上与传统计算机的比较结果可能难以验证。海登说：“谷歌的72量子比特处理器可能具有很强的计算能力，以至于传统方法无法模拟。也就是说，这场实验给出的答案，在传统机器上是无法验证的，所以我们很难确定谷歌的设备是否做得正确。”

  “当然，谷歌量子计算研究团队是一群严肃的科学家，他们会尽其所能来确定这一点。”海登补充道。

  海登指出，实现量子霸权还需要量子处理器在读出和逻辑运算时的错误率足够低，一台很快但错误率很高的量子计算机，还不如传统意义上的超级计算机。

  由于量子计算具有改变世界的巨大潜力，美国、欧盟、中国等竞相加大对量子计算研究的投入，各研究机构、科技巨头、初创企业等争相投身这场全球竞赛。此前业界有观点认为，2018年可能会有研究机构实现量子霸权，不过目前还没有一点一家机构公开宣称已达到这个目标。

  “整个业界都在全速前进，建造越来越复杂精密的系统，以找到能充分证实自己实现量子霸权的方法。”海登说。谈及谷歌最新发布的处理器，他说：“（谷歌团队的研究）方向是正确的，即不仅关注量子比特的数量，也注重量子比特的质量。”

  此前谷歌曾发布9个量子比特的处理器，这个相对小型的系统被认为有较高质量，而将9个量子比特扩展到72个，会增加操控难度。海登说，由于72量子比特处理器的质量参数还没有确定，“（这款设备）是不是能够与他们小型系统的量子比特的质量相提并论，还不能确定。如果两者非常接近，那么这将是个了不起的进步”。

  海登在分析“狐尾松”处理器的特点时还说：“抛开量子霸权，谷歌72量子比特处理器很适合演示量子纠错，很适合演示如何将逻辑量子比特存储在物理量子比特中，用一种强健的方式延长它们的常规使用的寿命。”

  “量子纠错将是全功能量子计算系统一个至关重要的特征”，海登说，如果在量子纠错方面取得突破，“意味着这种系统未来将可以在实践中应用，这与量子霸权一样激动人心！”