七年后的量子霸权：谷歌与IBM究竟交付了什么

谷歌关于量子霸权的声明于2019年10月23日在《自然》杂志发表。这场竞赛始于2017年底，当时约翰·马丁尼斯承诺要在年底前达成这一里程碑。该公司表示，其53量子比特的Sycamore处理器在一个采样任务上耗时200秒，而最先进的超级计算机完成同一任务大约需要1万年。

这是头条数字。其下的论证更窄，构建竞争机器的人们在过去几年里一直在解释原因。以下是基于相关报道对这一里程碑如何设定、达成并引发争议的复原。

马丁尼斯为自己设定的期限

2017年4月，MIT Technology Review刊发了对马丁尼斯的报道。他于2014年底从加州大学圣塔芭芭拉分校加入谷歌，领导一个约25人的研究团队。他告诉该杂志，他的团队将在年底前建造一个实现量子霸权的设备，即能够执行超出任何传统计算机能力的特定计算。证明将来自谷歌芯片与世界最大超级计算机之一之间的直线加速赛。

当时，谷歌已发布了一个由9个量子比特排成一条线的芯片结果。最新设备只有6个量子比特，但它们位于一个2乘3的网格中，马丁尼斯表示这表明当量子比特并排放置时技术仍然有效。6量子比特芯片还测试了一种制造方法，即量子比特及其控制线路在单独的芯片上制造，然后通过凸点键合连接在一起，马丁尼斯称这一工艺正在发挥作用。

他说，30到50量子比特设备的设计已在进行中，并且他需要49个量子比特的网格来进行霸权实验。

“我们认为我们准备好做这个实验了。这是我们现在就可以做的事情，”马丁尼斯告诉MIT Technology Review。

并非每个人都以同样的方式界定目标。马里兰大学教授、初创公司IonQ联合创始人克里斯·门罗称其为学术里程碑。“之后你仍然必须弄清楚如何使其更具可扩展性和可编程性，”他说。MIT量子计算组的主要研究员西蒙·古斯塔夫松认为，在那个阶段谷歌和IBM处于同等地位。

IBM以50量子比特回应

IBM在原始数量上率先行动。2017年11月10日，美联社报道IBM科学家构建并测量了一个具有50个量子比特的处理器原型。领导IBM量子计算和人工智能研究部门的达里奥·吉尔表示，这是任何公司首次在该规模上构建量子计算机。

未参与该工作的MIT机械工程教授塞思·劳埃德表示，IBM可能仍需解决故障，但称该公告是重大进展的标志。美联社未报告与50量子比特原型相关的基准测试结果。规模和已证明的性能已经开始分为两个不同的话题。

到2017年12月，马丁尼斯在一次会议上明确指出了这一区别。Gizmodo从NASA艾姆斯研究中心的Q2B活动报道，他反对以量子比特数量作为记分牌。“新闻稿总是谈论量子太空竞赛中的量子比特数量，”他说。“不仅仅是数量，更是量子比特质量。”

在同一会议上，马丁尼斯表示谷歌正在当月制造其49或50量子比特的霸权设备，将在两周内开始测试，不计圣诞节延误。他描述了实验：纠缠量子比特，让系统演化，然后测量结果，其概率复杂到经典机器必须模拟量子计算机来检查，可能需要数周来完成量子设备几分钟内完成的任务。

加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯科尔在同一活动上发言，将该时期命名为NISQ时代，即嘈杂中等规模量子计算机，并表示向容错机器迈进的进展必须继续。

霸权，随后是反驳

2019年的结果出现在一篇论文中，该论文在短暂发布到NASA.gov后被撤下，Fortune随后获得了它。谷歌当时拒绝确认其真实性。该公司自己的博客后来描述该测试计算耗时200秒，而最强大超级计算机上已知最佳算法需要数千年。论文称，谷歌云服务器完成同一任务需要50万亿小时，而在量子处理器上仅耗时30秒。

Sycamore有53个量子比特，是从一个名为Bristlecone的72量子比特设计缩减而来。研究人员写道，量子加速在实际系统中是可实现的，并未被隐藏的物理定律所禁止，并预测量子计算能力将以双指数速率增长。

IBM的吉尔拒绝了这种框架，而非实验本身。他告诉Fortune，该测试是一个高度特殊的实验室实验，没有实际应用，并且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吉姆·克拉克称其为一个值得注意的里程碑，并表示商业可行的量子计算机需要更多进展。

自那以后，该领域一直在解决比任何单一基准都更重要的问题：错误纠正。已发表的研究描述了用远少于早期估计的CPU核心年进行因式分解，而近期围绕IonQ、Infleqtion和能源部路线图的所有头条新闻都指向同一方向。这些都不能抹去2019年。它们只是证实了门罗一开始所说的：里程碑是一个开始，而不是终点。