谷歌CEO："量子霸权实现" 网友质疑“具有误导性”

北京时间10月23日晚，《自然》(Nature)杂志在官网上放出了重磅消息：一 个月前被NASA发表又火速撤下的谷歌“量子霸权”论文重新发表，称其是量子领域中“Hello World”一样的里程碑事件。

与此同时，谷歌AI量子团队也发布了一条视频，讲述其如何实现了“量子霸权(Quantum Supremacy)”。

从论文刊登的时间线上来看，谷歌于今年7月22日递交了论文，而被NASA发表的那天正是它被正式接受的时间。谷歌在媒体发布会上表示，NASA在内部审核时出现了失误，错把已经接受但还不应该显示的文章发布了出来，而且是初版。看来面对如此重大的研究成果，强如NASA也有些急不可耐。

除了副标题、格式和补充资料，论文的主体内容和结论几乎没有变化，但谷歌研究团队在评审过程中收到了很好的反馈，决定在论文中增加大量的技术细节资料作为补充，因此在NASA误发论文时选择了暂时沉默，不希望评价不完善的论文。

谷歌在论文中表示，自己已经开发出了一款54量子比特数的量子芯片，名为Sycamore，由铝、铟、硅晶片和超导体(约瑟夫森结)等材料组成，每个量子比特和临近的4个量子比特耦合。

不过，实际上执行运算的只有53个量子比特和86个耦合器，剩下的1个量子比特无法正常工作。

图 | 谷歌Sycamore量子芯片(来源：谷歌)

通过一系列实验和计算，谷歌研究人员开发了一套高保真度的纠错流程，进而对芯片展开测试，最终得出结论，同样是对一个量子电路产生的随机数字采样100万次，?Sycamore芯片支持的量子计算机只需要200秒，同时维持很低的误差率，而世界最强超算Summit需要1万年。

按照2012年加州理工学院量子理论物理学大牛John Preskill提出的“量子霸权(Quantum Supremacy)”的定义，量子计算设备可以超越经典计算设备，解决后者无法解决的计算任务。这种情况曾在2018年10月被证明理论上行得通，而谷歌的实验结果则标志着量子计算机在解决一个随机采样任务上超越了经典计算机，甚至意味着只能在量子处理器上执行的计算任务诞生。

这也是为什么谷歌论文中提到了自己“在这一特定计算任务上实现了量子霸权”，甚至乐观地表示量子处理器的计算能力或将遵从“量子摩尔定律”，计算性能每几年就翻一倍，也许离有价值的实际应用只差一个创造性的算法了。

不过，面对这样的结论，量子物理学界和产业界迅速分成了乐观派和质疑派。前者认为谷歌实现了一项伟大的科学成就，展示了一条通向可扩展量子计算的道路，狠狠地打脸那些质疑量子计算机可行性的人。

而以IBM为首的质疑派认为，虽然这是一个里程碑，但谷歌的实验有缺陷，执行同样的计算实验，经典计算机可能也只需要2.5天，远远没有谷歌所说的1万年那么夸张。除此之外，谷歌离真正的量子计算机还有很长的路要走，因为它执行的计算任务没有已知用途，不足以证明其通用性，而且如何实现可持续的容错运算依然是个巨大挑战(谷歌在论文中也承认了这一点)。

换句话说，质疑者认为，谷歌声称的“实现量子霸权”的言论是具有误导性的。

话虽如此，谷歌CEO Sundar Pichai强调此次的研究成果对谷歌来说具有“里程碑”式的意义，并将其与莱特兄弟发明飞机时的首次12秒成功试飞相比。研究团队也在媒体发布会上呼吁大家要有耐心，将目光放的更长远一些，更多关注于新研究中量子芯片性能和量子计算本质，而非纠结于量子霸权的实现与否，因为实现有价值的量子计算是一个耗时非常久的长期项目，需要所有人一起努力。

截至目前，谷歌已经在量子计算的项目上持续投入了13年的精力，但它究竟为什么要这么做，是什么驱使它投资一个理论上可能需要花费数十年才能见成效的项目呢?答案就埋藏在此次《麻省理工科技评论》对Sundar Pichai ?的独家专访中，以下便是此次访谈的内容：

图|谷歌CEO Sundar Pichai(来源： MIT TECHNOLOGY REVIEW)

麻省理工科技评论： 根 据论文，谷歌目前已经在特定运算上实现了“量子优势”，胜过了经典计算机，那你们离在真正意义上实现“量子霸权”还有多远?

Sundar Pichai：答案很简单，我们需要一台能容下更多量子比特且容错的量子计算机，以便运算更复杂且通用的算法，但就像你所知道的，任何领域都是在一次次“突破”中从无到有，拿飞机来说，莱特兄弟当时发明的第一架飞机仅在空中飞行了约12秒钟，其设计在生活中并没有任何实际应用，但它确实证明了飞机的概念是可行的，在这一点上量子计算也不例外。

麻省理工科技评论： 除了谷歌，许多其它公司也有自己的量子计算机，比如IBM还为人们提供了在云端使用其量子计算机的服务，但为什么它们的设备不能完成此次谷歌所成功完成的运算呢?

Sundar Pichai：关于这个问题，我能说的只是为何谷歌的团队能完成这一运算。构建量子计算机是一个极其复杂的工程，我们团队从晶圆和制造逻辑门开始，一层层地制好芯片，然后用AI技术对运算进行模拟，在每次测试中都一点一点地精益求精，才换来了此次的研究成果。

麻省理工科技评论： 论文的结尾部分有这么一段话，“我们离实现具有实际应用意义的成果仅差一种具有创新性的算法”，这段话我们该如何解读?

Sundar Pichai：其实量子计算真正令人兴奋的地方在于，根据已有的物理理论，我们所处的宇宙在最根本的层面上遵循量子法则，因此早期的量子计算应用能帮助我们更好地了解宇宙的工作方式，并在后来逐渐实现能按量子物理对分子和分子间作用进行精确模拟，在医学和碳排放治理等涉及化学的重要研究领域发挥作用，比如对哈伯法Haber Process进行更为深入的研究(对Haber Process进行更为深入的研究将能帮助科学家找到降低化学肥料在农业生产中所产生的碳排放的方法，目前农业生产中的施肥活动所产生的碳排放占全球总量的约2%)。

麻省理工科技评论： 你觉得我们离一个能解决Haber Process问题的量子运算方法还有多远?

Sundar Pichai：我认为是10年左右，我们仍需要一段时间来研究如何才能构建出性能更优的量子计算机，到时不光是Haber Process，一台通用量子计算机还能解决许多其它问题，比如帮助科学家们找到更为高效的电池设计方案。简而言之就是，凡是与化学有关的地方，量子计算机都能派上用场，而这也正是我们为何会多年以来一直坚持进行我们的量子计算项目，并在未来继续为此投资。

麻省理工科技评论： 即使是在量子计算业内，也有人认为量子计算技术会像核聚变一样，在未来的五十年里陷入发展停滞，为何这样一个听上去仿佛“深不见底”的发展之路会让你看上去如此兴奋?

Sundar Pichai：如果没有近些年来电脑计算领域的持续发展，就没有今天的谷歌。业界遵循着摩尔定律发展，使我们能为数十亿用户提供稳定的服务，而我们也因此将自己视为一家计算科技公司。虽然人们的看法各有不同，但我们认为摩尔定律很快就会失效，而量子计算就是我们想在此过程中所取得的进展之一。

麻省理工科技评论： 你在2012年看到AI能从零开始自己学会识别猫的图片时曾说，“这种技术或许在未来会扩大发展规模，并帮助我们理解宇宙的运行方式”，你认为量子计算是否跟AI技术一样重要呢? ?

Sundar Pichai：那是肯定的，能实现在实验室中操控量子位并维持叠加态对我来说具有重要意义，因为我认为自然界最根本的运行法则与量子力学有关。我们的成果打开了通往许多可能性的大门，而这是以前任何人都没实现过的。