量子计算的里程碑怎么算：从 9 个量子比特到 53 个

在量子计算领域，里程碑这个词用得很随意。要判断任何一次发布究竟证明了什么，最好把三件事分开看：一台设备有多少量子比特，这些量子比特有多好，以及让机器去解的是什么问题。

谷歌自己的研究人员很早就做了这个区分。2017 年 4 月，负责谷歌量子硬件团队的 John Martinis 对 MIT Technology Review 说，他的团队还有几个月时间达到一个他称为量子霸权的里程碑：一次任何传统计算机都无法完成的计算。当时谷歌已经做出一个 6 量子比特芯片，排成 2 乘 3 的网格。这个芯片用来测试量子比特并排放置时是否还能工作，也用来检验一种制造方法，该方法把量子比特凸点焊接到独立的控制线路上。Martinis 说，真正的霸权实验需要 49 个量子比特的网格。他还说，30 到 50 个量子比特的设备设计已经在推进中。

IBM 在那年 11 月作出回应。据美联社报道，负责 IBM 量子计算与人工智能研究部门的 Dario Gil 说，公司已经做出并测量了一个 50 量子比特处理器原型。他说，这是第一次有公司造出这种规模的量子计算机。没有参与这项工作的麻省理工学院机械工程教授 Seth Lloyd 对美联社说，故障很可能仍然存在，但他称这一发布是重大进展的信号。

量子比特数量不是全部

到 2017 年 12 月，Martinis 开始反驳媒体对这场竞赛的报道方式。据 Gizmodo 报道，他在 NASA Ames 举行的 Q2B 会议上说，新闻稿总是用量子比特数量来谈量子太空竞赛，而量子比特的质量和数量同样重要。他说，谷歌当时正在制造其 49 或 50 量子比特的霸权设备，测试将在两周内开始。这次会议吸引了大众、空客、花旗银行、艾默生和 Atos 的代表，还有风险投资公司。他们都在听关于优化和机器学习的演讲。加州理工学院理论物理学家 John Preskill 借这次活动把当前阶段称为 NISQ 时代，即含噪声中等规模量子计算机。

IBM 后来主张，这个领域需要比原始量子比特数量更好的记分方式。据 ZDNET 报道，在 2019 年美国物理学会三月会议上，IBM 说其 20 量子比特处理器 Q System One 达到了 16 的量子体积，是其上一代 IBM Q 系统记录的量子体积 8 的两倍。量子体积是一个综合指标，涵盖量子比特数量、连接性和相干时间，同时也计入门操作与测量误差、设备串扰和编译器效率。IBM 说，这个数字需要每年翻一番，才能在未来十年内达到量子优势，也就是量子应用相对经典计算机带来显著优势的那个点。

然后是霸权声明本身。Fortune 拿到了一篇曾被发到 NASA.gov 又被撤下的谷歌论文的副本，并在 2019 年 9 月 20 日报道说，公司称其 53 量子比特的 Sycamore 处理器用约 200 秒完成了一项采样任务，而一台顶级超级计算机需要大约 1 万年。一位谷歌消息人士对 Fortune 说，NASA 在同行评审之前就提前发表了这篇论文。谷歌当时拒绝确认论文的真实性。

并非所有人都接受这个说法。当时已是 IBM Research 负责人的 Dario Gil 对 Fortune 说，这个实验是一个高度特殊的实验室实验，没有实际应用。他还说，量子计算机将与经典机器协同工作，而不是凌驾于它们之上。英特尔实验室量子硬件总监 Jim Clarke 称这是一个值得注意的里程标记，并说一台可商用的量子计算机还需要多得多的研发进展。

《自然》在 2019 年 10 月发表了这项工作。谷歌自己的博客文章把 200 秒的结果称为该领域一直在等待的 hello world 时刻，并指出走到这一步用了 13 年，起点是 Hartmut Neven 在 2006 年对机器学习用量子计算的探索。同一篇文章也明确指出了局限：要能实现更广泛的一批现实应用，还需要很多年。Martinis 在 2017 年说过类似的话。他说，这个实验会是一个学术里程碑，而量子处理器要大到远超 50 量子比特，才能做有用的工作。