面對美國“量子霸權(quán)”，中國量子計算該發(fā)展如何

10月23日，權(quán)威雜志Nature刊出了谷歌量子AI團隊的的最新科研工作“Quantum supremacy using a programmable superconducting processor”。谷歌宣稱獲得“量子優(yōu)越性”。美國媒體大肆跟進宣布美國獲得“量子霸權(quán)”！那么這個量子霸權(quán)說的是什么呢？

美國“量子霸權(quán)”

中國科學技術(shù)大學博士后黃合良解釋，谷歌“量子優(yōu)越性”是指量子芯片的比特數(shù)和性能不斷擴張，在某些問題上展現(xiàn)出極強的計算能力，這一超算能力遠遠超過當前主流的經(jīng)典算法構(gòu)建的超算，不過科學界對谷歌的“量子優(yōu)越性”還有爭議。

“量子優(yōu)越性”體現(xiàn)在哪里？據(jù)論文報道谷歌團隊基于一個包含53個可用量子比特的可編程超導量子處理器，運行隨機量子線路進行采樣，耗時約200秒可進行100萬次采樣，并且估計如果使用目前最強超算Summit來計算得到同樣的結(jié)果，需耗費約1萬年。據(jù)此，谷歌宣稱實現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”。

但是科學界對這一說法并不是完全接受，IBM在10月21日就對谷歌“量子優(yōu)越性”提出了質(zhì)疑。主要原因在經(jīng)典算法和模擬的工程化實現(xiàn)也可以不斷優(yōu)化，提升經(jīng)典算法的效率和計算能力，如果能有效提升經(jīng)典模擬的能力，谷歌的量子優(yōu)越性就不成立的。

目前主流科學家認為經(jīng)典算法的發(fā)展，以及超算上的工程化實現(xiàn)，都還有提升空間，這對于當下的量子優(yōu)越性還有一定沖擊，不過谷歌驗證了超導量子計算的可實現(xiàn)性，在實驗性技術(shù)上的進步，隨著該項技術(shù)的日益成熟，“量子優(yōu)越性”遲早會到來！

中國量子計算發(fā)展如何？我國在超導量子計算方面也有相關(guān)研究，只是起步相對較晚，以中科大、浙大、中科院物理所等為代表的多個科研團隊，已經(jīng)突破了20個量子比特的超導量子計算技術(shù)。目前，他們正在攻關(guān)50比特量子計算技術(shù)，并有望在明年底實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。因此，我國在超導領(lǐng)域雖與美國存在差距，但是不存在代差，如果能夠得到持續(xù)的投入和支持，未來可期。

據(jù)中國科學技術(shù)大學博士后黃合良文章透露，我國超導量子計算正在追趕中。中科大的相關(guān)團隊一直在演示“量子優(yōu)越性”的另一途徑——光子玻色采樣的實驗上處于國際領(lǐng)先地位。10月23日在arXiv上公布了該團隊的階段性新成果[arXiv: 1910.09930]：20光子輸入60*60模式的玻色采樣。論文打破了光子數(shù)、模式數(shù)、量子態(tài)空間三項國際紀錄，宣稱首次達到了百萬億級的輸出量子態(tài)空間，比之前國際光學同行的工作提高了百億倍。中國團隊有望在光學玻色采樣問題上實現(xiàn)量子優(yōu)越性。論文還在同行評審中。

未來超導量子計算如何發(fā)展呢，在2019年9月15日，合肥舉辦的新興量子技術(shù)國際會議形成了《量子信息和量子技術(shù)白皮書（合肥宣言）》，國際專家在宣言中對量子計算發(fā)展的三個階段達成了共識，“要構(gòu)建一臺真正具有通用計算能力的量子計算機，仍需要長期的努力。為了領(lǐng)域的健康長期發(fā)展，除了要在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域做好操縱精度、可容錯之外，規(guī)模化、實用性的量子計算研究可以沿如下路線開展。

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