2019年9月，谷歌宣布其研發(fā)的53量子比特的量子計(jì)算機(jī)懸鈴木（Sycamore）用200秒完成了超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit要10000年才能完成的計(jì)算量，成功實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)勢(shì)。

量子優(yōu)勢(shì)代表量子計(jì)算在特定案例上表現(xiàn)出超越所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，是量子計(jì)算發(fā)展的重要里程碑，其最大的意義便是將量子計(jì)算機(jī)從概念帶到了現(xiàn)實(shí)。在谷歌的案例中，懸鈴木在特定計(jì)算任務(wù)上的速度超越了當(dāng)時(shí)世界上速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit（巔峰）。谷歌花了13年達(dá)成的這一成就，既意味著什么，也不意味什么。

量子計(jì)算研究起步稍晚，但目標(biāo)明確

相比于?IBM?和斯坦福大學(xué)早在2001年就開(kāi)始在7個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)上使用Shor算法，谷歌的量子計(jì)算研究起步有點(diǎn)晚。2006?年，谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室主任哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut?Neven）啟動(dòng)了量子計(jì)算研究項(xiàng)目，早先專注于軟件方面的研究，后來(lái)還是因?yàn)閺募幽么罅孔佑?jì)算公司D-Wave那里接觸到量子硬件，才開(kāi)始了量子計(jì)算機(jī)整機(jī)的研發(fā)。2014年，物理學(xué)家約翰·馬丁尼斯（John?Martinis）?和他在加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）的團(tuán)隊(duì)加入了谷歌的工作，正式創(chuàng)立Quantum?AI實(shí)驗(yàn)室，并將團(tuán)隊(duì)的工作目標(biāo)直接設(shè)定為實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)。?

在之后的一次采訪中，馬丁尼斯引用彼得·蒂爾（Peter?Thiel）的著作《從零到一》中的一句話：“一個(gè)意志堅(jiān)定的人，一旦決定做一件最值得做的事情，就會(huì)變得全神貫注”，來(lái)解釋他對(duì)于量子優(yōu)勢(shì)實(shí)驗(yàn)堅(jiān)定且心無(wú)旁騖的追求。這份堅(jiān)定一方面隨著懸鈴木的誕生和最終實(shí)現(xiàn)所謂的量子優(yōu)勢(shì)而開(kāi)花結(jié)果，但另一方面也讓谷歌的量子計(jì)算機(jī)陷入某種尷尬的境地。

專注超導(dǎo)技術(shù)路線，宣布實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)

在技術(shù)路線方面，谷歌專注于低溫超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，其利用超低溫“凍結(jié)”粒子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粒子狀態(tài)的控制，有良好的可擴(kuò)展性，并且可以利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體微加工工藝來(lái)加工制作。缺陷在于計(jì)算系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求苛刻，要求使用大型稀釋制冷機(jī)將超導(dǎo)部分控制在絕對(duì)零度的超低溫環(huán)境下才能工作。而這種大型稀釋制冷機(jī)在國(guó)際上屬禁運(yùn)物資，而且需要一個(gè)房子的空間，運(yùn)行費(fèi)用高昂，這也成為超導(dǎo)量子計(jì)算走向國(guó)際市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃玫淖畲笞璧K之一。

但無(wú)論如何，在低溫超導(dǎo)技術(shù)路線中，谷歌的研究處于領(lǐng)先地位，其于2018年3月發(fā)布具有72量子比特的量子處理器“狐尾松”Bristlecone，一舉超過(guò)IBM和英特爾等同賽道巨頭玩家；接著就是2019年發(fā)布Sycamore原型機(jī)的同時(shí)，宣布首次實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)（需要指出的是谷歌雖然實(shí)現(xiàn)了72個(gè)量子位的芯片，但這和72位量子計(jì)算機(jī)是兩回事，谷歌Bristlecone芯片是利用9個(gè)相同模式的量子比特進(jìn)行耦合，然后依次擴(kuò)展出去，并非實(shí)現(xiàn)了兩兩量子比特之間的耦合）。這一成就正是由以馬丁尼斯和哈特穆特為核心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷13年，近200篇學(xué)術(shù)論文所得到的結(jié)果。

但另一方面，這次量子優(yōu)勢(shì)的實(shí)現(xiàn)也惹來(lái)業(yè)內(nèi)諸多爭(zhēng)議，更在某種程度上給谷歌的量子計(jì)算機(jī)貼上了“華而不實(shí)”的標(biāo)簽。

“量子優(yōu)勢(shì)”的提出者約翰·普瑞斯基爾（John?Preskill）在第一時(shí)間批駁谷歌，稱其故意拿量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)去比較經(jīng)典計(jì)算機(jī)的劣勢(shì)，他們選擇進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題都是經(jīng)典計(jì)算機(jī)最不擅長(zhǎng)的問(wèn)題，更重要的是，這些問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)世界沒(méi)有實(shí)際用處；競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)的擁有者,IBM則在谷歌發(fā)布消息的第二天就趕來(lái)拆臺(tái)，聲稱如果換一種方法計(jì)算，經(jīng)典計(jì)算機(jī)只要兩天半就能完成谷歌所說(shuō)的任務(wù)，如果稍作優(yōu)化，時(shí)間會(huì)更短；英特爾研究院院長(zhǎng)瑞奇Rich?Uhlig也直接表示，他認(rèn)為量子實(shí)用性比量子優(yōu)越性更為重要。各方質(zhì)疑無(wú)不在試圖說(shuō)明，谷歌目前取得的成績(jī)不足以證明其量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性，即使可以，也意義不大。

量子計(jì)算產(chǎn)品落地，商業(yè)化前景廣闊

實(shí)際上，谷歌并非不懂“商用為王”的道理。早于2017年，谷歌便推出基于云的量子計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，允許科研實(shí)驗(yàn)室和人工智能研究員通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)他們的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)更多以現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為導(dǎo)向的量子應(yīng)用開(kāi)發(fā)；同年推出Cloud?TPU芯片并以付費(fèi)云計(jì)算服務(wù)的形式向外部客戶租賃，實(shí)現(xiàn)商業(yè)變現(xiàn)；2018年開(kāi)始，又相繼開(kāi)源Cirq量子計(jì)算框架，Open?Fermion軟件包和Tensor?Flow?Quantum量子機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)，使開(kāi)發(fā)者可以編寫(xiě)量子算法、生成和編譯用于量子計(jì)算機(jī)的物理方程、甚至訓(xùn)練量子模型，無(wú)不在探索量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)化應(yīng)用前景。

在實(shí)驗(yàn)性的商業(yè)合作方面，谷歌也早有涉足。2017年谷歌便與大眾汽車達(dá)成商業(yè)合作，為其提供量子計(jì)算服務(wù)，在交通流量?jī)?yōu)化、人工智能（機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)程）、以及找到更好的材料和結(jié)構(gòu)來(lái)改進(jìn)電動(dòng)汽車的電池技術(shù)三個(gè)應(yīng)用方面開(kāi)發(fā)仿真算法；2018年與戴姆勒集團(tuán)聯(lián)手，研究如何借助量子計(jì)算讓車輛更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛以及AI計(jì)算能力。進(jìn)入2020年，隨著專注于量子優(yōu)勢(shì)實(shí)驗(yàn)的理想主義者John抱憾離開(kāi)，谷歌進(jìn)一步開(kāi)放其量子計(jì)算系統(tǒng)，允許外部通過(guò)云端遠(yuǎn)程訪問(wèn)，雖然比起IBM首當(dāng)其沖建立付費(fèi)云訪問(wèn)模式，可以看出谷歌在商用量子計(jì)算的道路上邁的步伐越來(lái)越大。

?剛剛結(jié)束的?2021年的Google?I/O?大會(huì)上，谷歌對(duì)外發(fā)布了最新的量子AI硬件路線圖，計(jì)劃到2029年造出具備糾錯(cuò)能力的100?萬(wàn)個(gè)物理量子比特的量子計(jì)算機(jī)。谷歌還在會(huì)上介紹到他們開(kāi)始建立一個(gè)新的更大的量子計(jì)算研究園區(qū)，該園區(qū)位于美國(guó)加利福尼亞州圣塔芭芭拉市，計(jì)劃雇用數(shù)百名研究人員、工程師和其他人員，園區(qū)將包括谷歌第一個(gè)量子數(shù)據(jù)中心、量子硬件研究實(shí)驗(yàn)室、以及谷歌自家的量子處理器芯片制造設(shè)備等。谷歌高級(jí)副總裁杰夫·迪恩（Jeff?Dean）表示，新的量子計(jì)算園區(qū)的首要工作就是要使量子比特變得更加可靠。

結(jié)論：在科學(xué)層面，谷歌已經(jīng)向我們展示一個(gè)強(qiáng)大且復(fù)雜的量子系統(tǒng)，從計(jì)算層面看，我們已經(jīng)進(jìn)入陌生領(lǐng)地，在這里量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)是可見(jiàn)可摸的設(shè)備，它能做經(jīng)典計(jì)算機(jī)做不了的事，就像谷歌CEO桑達(dá)爾·皮查伊（Sundar?Pichai）所比喻的那樣：“人類的首架飛機(jī)飛行時(shí)間只有12秒，因此也不可能有實(shí)際的應(yīng)用，但這證明了飛機(jī)飛行的可能性”，谷歌所取得的成就即使尚不實(shí)用，也已足夠偉大，更重要的是，在從實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)到商用量子計(jì)算機(jī)的漫漫征途上，谷歌從來(lái)都在不懈跋涉，那些其他專注于用量子計(jì)算解決現(xiàn)實(shí)世界難題的工作者們也是一樣。

文：王珩?田靜秀

編輯：慕一

??????????????????????????????????????????????????????????????———end———