经过几周的猜测，谷歌终于在权威的《自然》（自然）杂志上发表了一篇论文，声称自己已经实现了“量子霸权”。我们为什么要关心量子霸权？量子霸权是什么意思？在谷歌发表的一篇论文中，谷歌人工智能科学家团队声称，他们的量子计算机“Sycamore”仅需3分20秒即可完成验证大数随机性的任务。研究团队表示，世界上最强大的超级计算机需要10,000年才能完成同样的任务。传统计算机——从笔记本电脑到仓库大小的超级计算机——仅使用1和0运行，但像Sycamore这样的量子计算机使用量子位（通常称为量子位）来执行计算。一个量子比特可以同时是0和1，而不是两种可能性的交替。这意味着计算机的计算能力随着它拥有更多的量子比特而呈指数级增长。根据谷歌今天上传的一段视频，谷歌的Sycamore量子计算机有52个量子比特，一次可以看到1000亿个状态。这是相当大的计算量。那么，是什么让Sycamore比传统计算机更高效呢？“量子霸权”一词最早由美国理论物理学家约翰·普雷斯基尔于2012年提出。在《量子》(Quanta)杂志的早期专栏中，他将其定义为“量子计算机可以做经典计算机做不到的事情的关键时刻，无论这些任务是否有用”。需要说明的是，量子至上是指量子计算机可以在合理的时间范围内解决经典计算机无法解决的问题，但并不意味着量子计算机可以解决经典计算机无法解决的任务。“如果有足够的时间……经典计算机和量子计算机可以解决同样的问题，”美国克赖顿大学的ThomasWong说。Preskill指出，“量子霸权”一词可能导致“量子技术状态被夸大”。但他也祝贺谷歌“在实验物理学方面取得的非凡成就”，称其“展示了量子计算硬件的蓬勃发展”。简而言之，通过证明量子计算机的优越性，我们现在可以比以前更快地解决某些复杂问题。制药公司可以想象使用该技术来设计极其复杂的药物化合物；金融建模可以使用量子计算来了解市场趋势。另一方面，量子计算机理论上可以以前所未有的计算能力打破当前的加密标准。当然，这一切都只是猜测。前沿研究人员尚未找到量子计算机的实际用途。Sycamore只是以非常具体的方式解决了一个非常具体的问题。“简而言之，量子计算机执行随机选择的指令序列，然后测量所有量子位以产生输出位串，”Preskill在他的专栏中写道。“这种量子计算几乎没有结构，这使得经典计算机很难跟上它的计算速度，但也意味着答案中的信息量不是很大。”文章发表前两天，谷歌在量子领域的最大竞争对手IBM发表了一篇文章，批评了这一结果。IBM声称“在经典系统上，对同一任务的理想模拟可以在2.5天内完成，其中有很多更高的准确率。”据IBM称，这很大程度上是由于谷歌的实验忽略了某些参数，包括“大量磁盘存储”和其他“众所周知的优化方法”。无论是“霸权”还是并不是，量子计算机的能力只有在实际应用中才能真正体现。根据今天发表的一篇博客文章，谷歌团队已经在研究“近期应用”，包括“量子物理模拟和量子化学，以及生成式机器学习中的新应用。”除了这些应用，谷歌还证明其量子计算机在生成随机数方面表现出色。这听起来可能并不令人惊讶,但随机性在计算机科学中非常有用。根据Preskill的说法，我们还需要几十年才能看到量子计算机“对社会产生变革性影响”。不过，谷歌的论文可能被证明是一个分水岭，它为全新的计算时代奠定了基础，从新材料的设计到更高效的肥料，一切都成为可能——如果谷歌可信的话。
