无人关心中国“夺回”量子霸权
封面| “九章”量子计算机
当这几天国内大家被“数据权力”夺走大部分注意力时，几乎没有人注意，5天前中国在“量子霸权”上取得的新成绩，其实一直在国外持续发酵。
这里仅截取两个报道
因为这个成绩某种程度上代表着，中国技术团队在真正意义上“击败”或“可以取代”谷歌在2019年取得的“量子霸权”成绩。
谷歌2019年公开的量子计算机Sycamore，左边人为CEO皮蔡
很多人都记得两年前，也就是2019年10月，谷歌的54个量子位量子处理器 Sycamore 成为世界上第一个实现“量子优势”（或被称为“量子霸权”）的处理器。
这个由理论物理学家John Preskill在2011年提出的，听起来异常霸气的词汇，其实仅代表了一个简单的含义：未来一定会有明确证据来证明，量子计算机能够解决经典计算机无法解决的问题。
其实，这个谷歌在2019年发布的奇异机器之所以被誉为划时代突破，就在于提供了第一个明确的证据——他们用量子计算机解决了一个名为“随机量子电路采样”的问题。
譬如，对一个53比特20个cycle的电路采样一百万次，在量子计算机上需要200秒，而谷歌自称，用当时世界上最强的经典超级计算机则需要一万年（被后来IBM经典计算机团队跳出来狂锤，说只要2.5天）。
这个成果被大肆报道后，“量子计算机”这个命题开始在全球大国和发达国家中引起堪称狂热的重视（譬如德国，部署堪称神速，是除中国和美国最重视量子计算的国家）。
终于，在2020年12月，大家的眼球又被潘建伟、陆朝阳领导的中国量子计算技术团队所吸引，因为他们带头研制的53量子位光子量子计算机“九章”，在某种程度上也实现了“量子霸权”——
论文称，九章在200秒内完成了一项复杂的任务，如果要当时世界上最快的超级计算机“富岳”号做，则需要6亿年。
“九章”量子计算机
的确很了不起。但全球对这个结果的争议不小。
很多科学家认为，“九章”只能出这一个狠招——“求解高斯玻色取样”，做其他任务或许并不能达到很好的效果。
这就好比一枚在解决某个问题性能爆棚的AI专用芯片，与通用型芯片CPU的区别。所以很多人觉得，谷歌的Sycamore更加实用，而九章趋向于“专业”。
但是，就在6月29日，一篇论文出现在网站 ArXiv（这是一个可以证明论文性的知名文档预收录服务器）——潘建伟与朱晓波教授带领的中国技术团队在中国量子计算机“祖冲之”上，用实验验证了使用超导量子位达成“量子优势”（也就是“量子霸权”）。
如果你持续关注量子计算机消息，那么应该对“祖冲之”不陌生。它作为中国自研的第二个量子计算机，在2021年5月横空出世时，曾引起过中国媒体的争相报道。但也就止于“基础信息介绍”了，除了一些人在知乎上讨论外，它很快就消失在大众视野中。
“祖冲之”的二维超导量子位芯片原理，来自中国科技大学
而中国科技大学团队（上海），就是在这台66量子位的超导型量子计算机上，处理了2019年谷歌解决的那个计算问题——对随机量子电路的输出分布进行采样。
而结果是，他们使用了其中56个量子位（比谷歌多出3个），用1.2小时就完成了采样。而这个结果需要当前最强大的传统超级计算机用时8年。
6月29日出现在ArXiv上的论文
用你最擅长的方式打败你
5天来，“祖冲之赢得量子优势”的相关消息与论文，如今正在全球量子计算科研圈和国外媒体中持续发酵。
根据《新科学家》杂志的说法，谷歌Sycamore与“祖冲之”都选择解决了同一个问题——涉及到模拟量子电路并从其输出结果中抽取随机数。而这个问题，已经成为证明量子计算的基准问题。
“这个问题出现的理论基础很难被总结，涵盖了‘随机矩阵理论’、‘数学分析’、‘量子混沌’、‘计算复杂性和概率论’等等。 但重要的是你要清楚，解决这个问题需要的时间，随着更多量子比特加入系统而呈指数增长。这就让经典超级计算机很快不堪重负，因此成为非常合适的‘量子优势’测试平台。”
因此，如果从字面看，谷歌用53量子位耗时3分30秒完成了采样，而中国的量子计算机则用56个量子位耗时1.2小时完成相同任务，似乎不叫“超越”。
（用脚趾头想想，量子计算这种“鬼魅之物”，是能用字面意思去搞的吗！）
但量子科学家们曾多次强调，增加量子计算机的位数并不困难，但精确控制每一位非常难，而解决这个问题无疑要考验“精准控制的能力”。要在高保真控制和读出单个微波光子态(量子位)的条件（这两个条件是非常重要的指标）下实现56个量子位可扩展性，难度要比53个量子位增加了无数倍。
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