阿里量子實驗室新研究直指谷歌量子霸權(quán)

今年3月，谷歌推出了一款名為Bristlecone的芯片，稱它是第一個可以超越任何傳統(tǒng)計算機的計算能力的量子計算系統(tǒng)，它將會成為“量子霸權(quán)”的標志，而谷歌將在今年達到“量子霸權(quán)”。不過，阿里巴巴量子實驗室最近的新結(jié)果表明，谷歌的這一計劃過于樂觀。

谷歌的量子計算研究人員一直在計劃一個派對，但來自中國阿里巴巴的競爭團隊的新結(jié)果可能導致這個派對的推遲。通過中美公司在這個晦澀的物理邊界上的競爭表明，國家之間以及企業(yè)之間的競爭越來越激烈，它們希望創(chuàng)造一種新型的難以想象的強大電腦。

今年3月，谷歌推出了一款名為Bristlecone的芯片，旨在成為計算的一個里程碑。谷歌稱，它是第一個可以超越任何傳統(tǒng)計算機的計算能力的量子計算系統(tǒng)，它將會成為“量子霸權(quán)”的標志。該組織的領(lǐng)導人約翰·馬丁尼斯（John Martinis）表示，將在今年達到“量子霸權(quán)”，更新了此前說2017年達到的預測。

但阿里巴巴量子研究人員獲得的新結(jié)果表明，谷歌公布的Bristlecone計劃無法實現(xiàn)量子霸權(quán)。他們認為，這個目標的實現(xiàn)需要更低錯誤率的芯片。在一封電子郵件中，谷歌研究員Sergio Boixo告訴WIRED他歡迎這樣的研究，但關(guān)于這篇論文的結(jié)果有很多“爭議”。 其他人認為這些爭議是值得注意的。南加州大學教授Itay Hen說：“游戲規(guī)則已經(jīng)開始改變了”。

實現(xiàn)量子霸權(quán)將是一項科學突破，而并非量子計算機已經(jīng)準備好開始投入到有用工作的跡象。但量子計算機的實現(xiàn)將有助于谷歌在激烈的競爭中立足。搜索公司和IBM，英特爾和微軟等競爭對手想要將量子計算機出租或出售給Daimler和JP Morgan等公司，這些公司也正在探索如何改進機器的電池和成本模型。

計算機使用電脈沖，以比特為單位（0或1）來表示數(shù)據(jù)。量子計算機將數(shù)據(jù)編碼成量子力學效應(yīng)，這種效應(yīng)在20世紀早期使阿爾伯特愛因斯坦和其他物理學家感到困惑，從而創(chuàng)造出量子位。這種奇異的設(shè)備在接近絕對零度的溫度下運行。在小組中，量子位可以通過一些技巧來完成一些艱難的計算，比如對0 和1達到一個“疊加”。有證據(jù)可以幫助進行化學模擬。谷歌和其他一些人認為機器學習也能得到提升。

左邊是谷歌最新的 72 量子比特量子處理器 Bristlecone。右邊是該設(shè)備的圖示：每個 “X” 代表一個量子比特，量子比特之間以線性陣列方式相連。來源：GoogleQuantum AI Lab

谷歌的Bristlecone芯片擁有超導電路制成的72個量子比特，這是迄今為止最大的芯片，超過了IBM的50量子比特和英特爾的49量子比特。谷歌的研究人員計算出這足以在超過任何范圍的常規(guī)電腦的情況下運行一個精心挑選的演示問題，實現(xiàn)量子霸權(quán)。

中國領(lǐng)先的在線零售商阿里巴巴的研究人員利用一系列功能強大的服務(wù)器來模擬Google新芯片的運作，并利用美國公司已發(fā)布的計劃對其提出挑戰(zhàn)。結(jié)果提醒人們，現(xiàn)有的計算機架構(gòu)遠未實現(xiàn)，并暗示谷歌計劃用其量子芯片進行演示結(jié)果不會超出傳統(tǒng)計算機的范圍。阿里巴巴量子實驗室主任施堯耘說：“很多人都希望這款未來的處理器能夠?qū)崿F(xiàn)量子霸權(quán)，然而我們的結(jié)果表明，這種期待可能過于樂觀?！彼硎竟就ㄟ^設(shè)計更好的方法，即將模擬量子計算操作的任務(wù)劃分給許多共同工作的計算機來取得成果。

阿里巴巴的研究結(jié)果讓科羅拉多大學（the University of Colorado）的教授格雷姆斯密特（Graeme Smith）發(fā)出了一條由一串“哇”組成的評論。Smith訴WIRED，谷歌的Bristlecone似乎是最有能力的量子芯片，但阿里巴巴的研究結(jié)果表明，這種芯片的錯誤率仍然過高。他說： “這表明我們不會在短時間內(nèi)看到他們實現(xiàn)量子霸權(quán)?！?/p>

Google的Boixo反駁說，阿里巴巴的模擬由于不夠細致而無法作為證據(jù)。 研究像阿里巴巴實施的更好的模擬方法是谷歌一直在研究測試量子霸權(quán)新方法的一個原因，Boixo稱其不應(yīng)該要求大規(guī)模的硬件升級。南加州大學的Hen說，這反過來會刺激研究人員試圖從傳統(tǒng)計算機中榨取更多。他說：“我確信游戲規(guī)則會發(fā)生改變”。

阿里巴巴在量子計算領(lǐng)域的崛起非常迅速，這也顯示出了中國的技術(shù)雄心。 自2006年起，Google一直致力于量子計算，最初使用來自加拿大D-Wave的硬件。中國公司于2015年進入該領(lǐng)域，與國家支持的中國科學院合作開設(shè)一個新的研究實驗室。今年2月，該公司在互聯(lián)網(wǎng)上提供了一種實驗性11-量子比特芯片。中國政府已承諾投入100億美元來建設(shè)一座新的國家量子實驗室。

這些項目成為了日益增長的國際競爭的一部分：歐盟正計劃在量子研究領(lǐng)域投資11億美元。 特朗普政府在預算指導中強調(diào)了量子計算。盡管白宮辦公室的科學和技術(shù)政策在特朗普總統(tǒng)領(lǐng)導下大幅縮水，但該研究團隊在12月獲得了第一位量子計算專家，他是來自于馬里蘭大學的研究員杰克泰勒（Jake Taylo）。

Google于2014年建立了自己的量子硬件實驗室，引入加州大學圣塔芭芭拉分校的馬丁尼斯（Martinis）領(lǐng)導該團隊。該公司最近的一些關(guān)于實現(xiàn)量子霸權(quán)的言論讓該領(lǐng)域的其他一些人感到厭煩，他們認為建立里程碑是一個決定性的時刻，現(xiàn)在是在對量子計算機實際進程進行炒作。 英特爾首席技術(shù)官Mike Mayberry本周告訴WIRED，他認為該技術(shù)的廣泛商業(yè)化將會是一項為期10年的項目。IBM則表示它可以在五年內(nèi)成為“主流”。

施堯耘并不否認量子霸權(quán)至關(guān)重要，但他建議谷歌和其他地方的研究人員應(yīng)該在此問題上更加開明。他說：“對于器件物理學家來說，擔心什么時候到達霸主地位就像是擔心寶寶什么時候比你的狗更聰明一樣，只要你專注于照顧好他，也許在你不知道的時候它就發(fā)生了。”