谷歌49量子比特的量子霸权期限：记录说明了什么

约翰·马丁尼斯领导谷歌的量子计算团队。他给自己只留了几个月时间，去达成计算史上的一个里程碑。他说，到2017年底，他的团队将造出一台实现“量子霸权”的器件，完成任何传统计算机都无法企及的计算。

“我们认为我们已经准备好做这个实验。这是我们现在就能做的事，”马丁尼斯对《麻省理工科技评论》说。该文发表于2017年4月21日。

六个量子比特、49个量子比特，以及两者之间的差距

这里的数字很关键。据《麻省理工科技评论》报道，谷歌当时最新的芯片有6个量子比特，排成二乘三的构型。马丁尼斯说，这种布局是一次测试。它表明当量子比特并排排列时，公司的技术仍然有效，而在更大的器件中它们也会这样排列。同一块芯片还测试了一种制造方法：把量子比特和控制它们的传统布线分别做在不同的芯片上，之后再通过凸点键合连在一起。谷歌团队自成立两年多以来一直专注于这种方法，因为在更大的芯片中，多余的控制线会干扰量子比特的工作方式。

但马丁尼斯说，霸权实验需要的是一块49量子比特的网格，而不是6个。谷歌更早的结果用过9个量子比特排成一条线。30到50量子比特器件的设计已经在进行中。他在加州伯灵格姆举行的IEEE TechIgnite大会上简短展示了6量子比特芯片的图像，不过该团队尚未正式披露技术细节。

谷歌并不是这场竞赛中唯一的一家。《麻省理工科技评论》把英特尔、微软和IBM列为竞争者，还有多家初创公司。麻省理工学院一个量子计算研究组的首席研究员西蒙·古斯塔夫松把谷歌描述为领先者之一。“谷歌和IBM之间相当接近，”他说。

IBM的反向宣布

2017年11月10日，IBM表示其科学家已经造出并测量了一个拥有50个量子比特的处理器原型。领导IBM量子计算与人工智能研究部门的达里奥·吉尔说，这是首次有公司在这样的规模上造出量子计算机。据美联社报道，该消息经由《西雅图时报》发布。

未参与IBM研究的麻省理工学院机械工程教授塞思·劳埃德说，IBM可能仍有小故障需要解决，但称50量子比特的宣布是重大进展的标志。

“新闻稿总是用量子比特数量来谈论量子太空竞赛。这不仅仅是数量问题，还有量子比特质量。”

这句话来自马丁尼斯。他在由初创公司QCWare于NASA艾姆斯研究中心举办的第一届量子计算商业会议，即Q2B上发言。报道了2017年12月这场活动的Gizmodo称，谷歌当时正在制造其49或50量子比特的霸权器件，并将在两周后开始测试，不算圣诞假期的延误。

马丁尼斯还解释了这项测试将涉及什么。据Gizmodo报道，谷歌团队会把它的量子比特纠缠成一个量子线路，让系统演化。最终的测量可能以不同概率取到不同值。要算出这些结果极其复杂，经典计算机必须模拟这台量子计算机才能做到。量子机器几分钟完成的事，经典计算机可能要花几周。这个问题对产业没有用处。它是一个基准测试。

这个里程碑不是什么

预期需要校准，记录中的消息源也直说了。马里兰大学教授、量子计算初创公司IonQ联合创始人克里斯·门罗把霸权实验称为“一个学术里程碑”。“之后你还得弄清楚如何让它更具可扩展性和可编程性，”他对《麻省理工科技评论》说。

马丁尼斯也同意还有很多事要做，但认为这个实验可以成为任何声称拥有可用量子计算机者的基准。他还说，这个目标帮助谷歌的管理层以及联合创始人谢尔盖·布林认识到这项技术正在变成现实。“他们都明白了，并且对此非常兴奋，”他说。“我们在努力争取谷歌内部的支持，而这个实验在让其他工程师来和我们交谈方面非常有用。”

时间表推迟了。谷歌的量子霸权宣称在2019年9月才到来，而不是2017年。《财富》报道称，公司表示其53量子比特的Sycamore处理器在约200秒内对一个随机生成的线路进行了采样，而一台最先进的超级计算机完成同等任务大约需要1万年。研究人员估计，同样的实验在谷歌云服务器上要花50万亿小时；在量子处理器上只用了30秒。《财富》拿到了一份论文副本，该论文曾被发布到NASA.gov上又被撤下；《金融时报》最先报道了这一消息。谷歌发言人拒绝确认论文的真实性，谷歌的一位消息人士暗示NASA在同行评审之前就提前发表了它。

IBM对这套说法提出了反驳。IBM研究负责人达里奥·吉尔对《财富》说，这个实验是一个高度特殊的“实验室实验”，“没有实际应用”。“量子计算机永远不会‘凌驾’于经典计算机之上，而是会与它们协同工作，因为各自都有独特的优势，”他说。英特尔实验室量子硬件主管吉姆·克拉克称这一更新是“一个值得注意的里程标”，并表示一台商业上可行的量子计算机需要更多的研发进展。“虽然开发仍处在这场马拉松的第一英里，我们坚信这项技术的潜力，”他说。

IBM已经开始主张换一把尺子。据ZDNET报道，在2019年美国物理学会三月会议上，IBM概述了其当时最高的量子体积。量子体积是一个性能指标，把量子比特数量、连接性和相干时间与门操作和测量误差、器件串扰以及编译器效率结合在一起。IBM说，其搭载20量子比特处理器的Q System One的量子体积为16，是当时IBM Q的8的两倍，并且拥有IBM测量到的一些最低错误率。公司说，量子体积需要每年翻一番，才能在未来十年内达到量子优势，即量子应用相对经典计算机带来显著优势的那个点。自2017年以来，IBM每年都将其量子计算机的能力翻倍。

据记录中的说法，所有这些都处在一个远未完成的领域里。在Q2B上，加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯基尔把当前时期描述为NISQ时代，即噪声中等规模量子计算机。普雷斯基尔说，通向容错量子计算机的进展必须继续。Gizmodo指出，企业还需要相当长的时间，也许是几十年，才能利用量子计算。

谷歌的研究人员在2019年的论文中更为乐观。据《财富》报道，他们写道：“量子加速在真实世界系统中是可以实现的，并且不被任何隐藏的物理定律所禁止。”他们预测量子计算能力将以双指数速率增长，快于定义摩尔定律的指数速率。他们还加上了一条后来被证明很有先见之明的限定：“我们距离有价值的近期应用，只差一个富有创造力的算法。”