阿里量子实验室新研究直指谷歌量子霸权

今年3月，谷歌推出了一款名为Bristlecone的芯片，称它是第一个可以超越任何传统计算机的计算能力的量子计算系统，它将会成为“量子霸权”的标志，而谷歌将在今年达到“量子霸权”。不过，阿里巴巴量子实验室最近的新结果表明，谷歌的这一计划过于乐观。

谷歌的量子计算研究人员一直在计划一个派对，但来自中国阿里巴巴的竞争团队的新结果可能导致这个派对的推迟。通过中美公司在这个晦涩的物理边界上的竞争表明，国家之间以及企业之间的竞争越来越激烈，它们希望创造一种新型的难以想象的强大电脑。

今年3月，谷歌推出了一款名为Bristlecone的芯片，旨在成为计算的一个里程碑。谷歌称，它是第一个可以超越任何传统计算机的计算能力的量子计算系统，它将会成为“量子霸权”的标志。该组织的领导人约翰·马丁尼斯（John Martinis）表示，将在今年达到“量子霸权”，更新了此前说2017年达到的预测。

但阿里巴巴量子研究人员获得的新结果表明，谷歌公布的Bristlecone计划无法实现量子霸权。他们认为，这个目标的实现需要更低错误率的芯片。在一封电子邮件中，谷歌研究员Sergio Boixo告诉WIRED他欢迎这样的研究，但关于这篇论文的结果有很多“争议”。 其他人认为这些争议是值得注意的。南加州大学教授Itay Hen说：“游戏规则已经开始改变了”。

实现量子霸权将是一项科学突破，而并非量子计算机已经准备好开始投入到有用工作的迹象。但量子计算机的实现将有助于谷歌在激烈的竞争中立足。搜索公司和IBM，英特尔和微软等竞争对手想要将量子计算机出租或出售给Daimler和JP Morgan等公司，这些公司也正在探索如何改进机器的电池和成本模型。

计算机使用电脉冲，以比特为单位（0或1）来表示数据。量子计算机将数据编码成量子力学效应，这种效应在20世纪早期使阿尔伯特爱因斯坦和其他物理学家感到困惑，从而创造出量子位。这种奇异的设备在接近绝对零度的温度下运行。在小组中，量子位可以通过一些技巧来完成一些艰难的计算，比如对0 和1达到一个“叠加”。有证据可以帮助进行化学模拟。谷歌和其他一些人认为机器学习也能得到提升。

左边是谷歌最新的 72 量子比特量子处理器 Bristlecone。右边是该设备的图示：每个 “X” 代表一个量子比特，量子比特之间以线性阵列方式相连。来源：GoogleQuantum AI Lab

谷歌的Bristlecone芯片拥有超导电路制成的72个量子比特，这是迄今为止最大的芯片，超过了IBM的50量子比特和英特尔的49量子比特。谷歌的研究人员计算出这足以在超过任何范围的常规电脑的情况下运行一个精心挑选的演示问题，实现量子霸权。

中国领先的在线零售商阿里巴巴的研究人员利用一系列功能强大的服务器来模拟Google新芯片的运作，并利用美国公司已发布的计划对其提出挑战。结果提醒人们，现有的计算机架构远未实现，并暗示谷歌计划用其量子芯片进行演示结果不会超出传统计算机的范围。阿里巴巴量子实验室主任施尧耘说：“很多人都希望这款未来的处理器能够实现量子霸权，然而我们的结果表明，这种期待可能过于乐观。”他表示公司通过设计更好的方法，即将模拟量子计算操作的任务划分给许多共同工作的计算机来取得成果。

阿里巴巴的研究结果让科罗拉多大学（the University of Colorado）的教授格雷姆斯密特（Graeme Smith）发出了一条由一串“哇”组成的评论。Smith诉WIRED，谷歌的Bristlecone似乎是最有能力的量子芯片，但阿里巴巴的研究结果表明，这种芯片的错误率仍然过高。他说： “这表明我们不会在短时间内看到他们实现量子霸权。”

Google的Boixo反驳说，阿里巴巴的模拟由于不够细致而无法作为证据。 研究像阿里巴巴实施的更好的模拟方法是谷歌一直在研究测试量子霸权新方法的一个原因，Boixo称其不应该要求大规模的硬件升级。南加州大学的Hen说，这反过来会刺激研究人员试图从传统计算机中榨取更多。他说：“我确信游戏规则会发生改变”。

阿里巴巴在量子计算领域的崛起非常迅速，这也显示出了中国的技术雄心。 自2006年起，Google一直致力于量子计算，最初使用来自加拿大D-Wave的硬件。中国公司于2015年进入该领域，与国家支持的中国科学院合作开设一个新的研究实验室。今年2月，该公司在互联网上提供了一种实验性11-量子比特芯片。中国政府已承诺投入100亿美元来建设一座新的国家量子实验室。

这些项目成为了日益增长的国际竞争的一部分：欧盟正计划在量子研究领域投资11亿美元。 特朗普政府在预算指导中强调了量子计算。尽管白宫办公室的科学和技术政策在特朗普总统领导下大幅缩水，但该研究团队在12月获得了第一位量子计算专家，他是来自于马里兰大学的研究员杰克泰勒（Jake Taylo）。

Google于2014年建立了自己的量子硬件实验室，引入加州大学圣塔芭芭拉分校的马丁尼斯（Martinis）领导该团队。该公司最近的一些关于实现量子霸权的言论让该领域的其他一些人感到厌烦，他们认为建立里程碑是一个决定性的时刻，现在是在对量子计算机实际进程进行炒作。 英特尔首席技术官Mike Mayberry本周告诉WIRED，他认为该技术的广泛商业化将会是一项为期10年的项目。IBM则表示它可以在五年内成为“主流”。

施尧耘并不否认量子霸权至关重要，但他建议谷歌和其他地方的研究人员应该在此问题上更加开明。他说：“对于器件物理学家来说，担心什么时候到达霸主地位就像是担心宝宝什么时候比你的狗更聪明一样，只要你专注于照顾好他，也许在你不知道的时候它就发生了。”