本文閱讀目錄：
1.前序
2.微軟的量子估算里程碑
3.量子霸權(quán)的指責(zé)
4.“量子霸權(quán)”取名的指責(zé)
5.微軟量子霸權(quán)實(shí)驗(yàn)欲重做
6.谷歌量子的雄心壯志
7.谷歌量子失利撤稿
8.指責(zé)聲中的“九章”
9.量子估算的未來
正文：
1.前序
從微軟實(shí)現(xiàn)所謂的“量子霸權(quán)（）”開始，量子估算的狂熱就扶搖直上。
無論曉得量子估算本身的來龍去脈與否，量子計(jì)算機(jī)以萬億倍速率趕超精典計(jì)算機(jī)這一感知，潛移默化給人們留下“量子計(jì)算機(jī)優(yōu)勢已成定局”的錯(cuò)覺。
連同部份媒體，努力助長著該認(rèn)知，使原先艱深難懂的量子估算概念更為混淆，在傳播過程中顯得愈發(fā)混亂。
加上第一個(gè)量子計(jì)算機(jī)公司IonQ上市的新聞不脛而走（參閱：），更是暗示，量子估算將迎來狂熱期。
不幸的是，像谷歌，微軟這樣的頂尖科技公司，過去在量子估算領(lǐng)域大放光彩，但近日也由于技術(shù)原理失效，以及初期的成就被證明僅用更少的精典估算資源就可以短時(shí)間有效達(dá)成。對(duì)于量子估算的未來，還是須要在狂熱中靜出來剖析。
實(shí)際上，這樣的狂熱還需從狂熱的起源處開始勒住。
2.微軟的量子估算里程碑
2019年10月下旬，由John領(lǐng)導(dǎo)的微軟研究團(tuán)隊(duì)首次展示了“量子霸權(quán)”，微軟的量子計(jì)算機(jī)被證明有能力執(zhí)行雖然是最強(qiáng)悍的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)也未能完成的特殊任務(wù)。該申明最早出現(xiàn)在一篇刊載在英國宇航局（NASA）網(wǎng)站上的論文中，但此后該出版物被撤下。
直至2019年10月23日，微軟宣稱在她們的量子芯片上大概200秒時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，當(dāng)時(shí)地表最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)需10000年才會(huì)能完成對(duì)應(yīng)的任務(wù)。該成果當(dāng)時(shí)發(fā)表在了頂尖期刊《自然》雜志上[1]。一時(shí)間，全球震怒，借以作為量子估算發(fā)展的開辟式里程碑。
這個(gè)里程碑重要程度怎樣？當(dāng)時(shí)對(duì)外評(píng)價(jià)的答案是“非常”。
在當(dāng)時(shí)麻省理工大學(xué)技術(shù)評(píng)論的大會(huì)上，在關(guān)于量子估算的討論中，麻省理工大學(xué)院士、量子專家Will把此次估算的里程碑，稱作萊特兄弟在基蒂霍克的首次民航飛行。（參閱：）
圖1|微軟“量子霸權(quán)”發(fā)文（來源：）
3.量子霸權(quán)的指責(zé)
當(dāng)日，關(guān)于量子霸權(quán)的指責(zé)聲即刻爆發(fā)。
2019年10月21日，《自然》雜志公開發(fā)文前，負(fù)責(zé)開發(fā)的IBM公司表示[2]，她們覺得精典系統(tǒng)可以用2.5天以更高保真度，理想地模擬同樣的任務(wù)。（參閱：）
并且這是一個(gè)最差且最為保守的恐怕，IBM甚至期望通過進(jìn)一步的改進(jìn)，增加模擬的精典成本，達(dá)到更快的速率，可能根本不須要2.5天。其實(shí)IBM并沒有給出詳盡的解決方案，僅僅是說可能。
盡管這仍不能印證計(jì)算機(jī)比量子計(jì)算機(jī)更快，但在John對(duì)量子霸權(quán)的最初定義中，他的確說過量子計(jì)算機(jī)必須做一些精典計(jì)算機(jī)不可能做到的事情，才算達(dá)到這個(gè)里程碑，而目前并沒有達(dá)到該閥值。
圖2｜“線路”經(jīng)典估算運(yùn)行時(shí)與線路深度的期望值剖析（來源：IBM）
上圖中，底線(紅色)恐怕53量子比特處理器的精典運(yùn)行時(shí)(電路深度20為2.5天)，上線(紅色)恐怕54量子比特處理器的精典運(yùn)行歷時(shí)。
超級(jí)計(jì)算機(jī)，其峰值估算能力高達(dá)200，比太湖之光的93要高出兩倍以上。
2020年5月14日，中國阿里巴巴量子估算團(tuán)隊(duì)在arxiv更新一篇論文《of》[3]，否定了微軟2019年10月上發(fā)文宣稱的量子霸權(quán)優(yōu)勢（亦稱為量子優(yōu)越性）須要10000年的估算時(shí)間。
阿里巴巴團(tuán)隊(duì)提出了一種張量網(wǎng)路的精典模擬方式，通過與相較的集群方法，可將10000年的時(shí)間減少到20天之內(nèi)。（參閱：）
2021年3月4日，兩位中國科學(xué)家借助精典元件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)微軟量子優(yōu)越性的趕超[4]。中國科大學(xué)的張潘及潘峰使用60個(gè)英偉達(dá)GPU組成的大型估算集群，在5天的時(shí)間內(nèi)完成了微軟的量子霸權(quán)的結(jié)果。值得注意的是，這兒僅用了輕量級(jí)的估算系統(tǒng)，并非超級(jí)計(jì)算機(jī)作為對(duì)比。
4.“量子霸權(quán)”取名的指責(zé)
早在2012年，量子化學(xué)學(xué)家John寫道[5]，“Wehopetothedaywhenwellcantaskswhatcanbedoneintheworld.（我們希望推動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一進(jìn)程，讓實(shí)現(xiàn)良好控制的量子系統(tǒng)才能執(zhí)行趕超精典世界所能完成的任務(wù)）。
在描述當(dāng)時(shí)看似遙遠(yuǎn)的這一目標(biāo)時(shí)，在他的博客里取了一個(gè)響亮的名子:“（量子霸權(quán)）”[6]。（注：這兒，也有某些地方延續(xù)微軟譯音為“量子至上”，英文最初閱讀，易形成歧義誤會(huì)）。
而后《科學(xué)日本人》雜志嘲笑了這個(gè)命名，她們也不太喜歡“”這樣的起名。并提出看法，覺得化學(xué)學(xué)界出于社會(huì)和科學(xué)的誘因考慮，應(yīng)當(dāng)慎重當(dāng)心地使用語言敘述，雖然在物質(zhì)和能量那些高深遠(yuǎn)離大眾的領(lǐng)域。
，英語有“morepower,orthanelse（譯音為：比任何人都更多的權(quán)利、權(quán)威或地位）”的意思。在英文的所有公開發(fā)文里，多數(shù)被譯為“量子霸權(quán)”或“量子至上（究其緣由，這是微軟翻譯并未得到中國的專家驗(yàn)證統(tǒng)一的結(jié)果）”。
圖3｜微軟“量子霸權(quán)”（來源：）
院士總結(jié)了社區(qū)對(duì)這個(gè)詞提出的兩個(gè)主要反對(duì)意見，并解釋說：“這個(gè)詞激化了對(duì)量子科技進(jìn)展早已被過份夸大的報(bào)導(dǎo)，”且”通過與黑人至上主義的聯(lián)系，激起了令人厭惡的政治立場”。
為此，在更多的語境下，人們用“量子優(yōu)越性”來取代“量子霸權(quán)”。（參閱：）
5.微軟量子霸權(quán)實(shí)驗(yàn)欲重做
丑聞不斷，就在中國科學(xué)家預(yù)印版發(fā)布后，討論持續(xù)了好幾日。
知名的科學(xué)家Scott就此提出了看法[7]：一方面是使用更復(fù)雜的問題來進(jìn)行對(duì)比測試，其次是使用更多量子比特的量子計(jì)算機(jī)來重新做隨機(jī)線路的實(shí)驗(yàn)，由于微軟和IBM都有大量量子比特的量子估算系統(tǒng)（例如70Q以上）。
其實(shí)關(guān)于量子物理的論文，這意味著，2019年的實(shí)驗(yàn)須要重新做，10000年的申明須要改寫。
也就是說，60個(gè)英偉達(dá)GPU集群復(fù)制微軟的量子強(qiáng)悍實(shí)驗(yàn)須要5天的時(shí)間，假如切換為更為強(qiáng)悍的超級(jí)計(jì)算機(jī)，采用中國科學(xué)家張量網(wǎng)路方式進(jìn)行仿真，可能會(huì)把時(shí)間壓縮得更短。
但是這些技巧可以針對(duì)通常的問題，并表示這些技巧在估算大量的相關(guān)位串振幅和機(jī)率時(shí)，比現(xiàn)有的方式要高效得多。
這讓量子霸權(quán)過去相較于精典計(jì)算機(jī)10000年的巨大的時(shí)間差，回到了幾日的量級(jí)差異。
與微軟相比，這些使用GPU的方式，才能確切輸出任何位串的振幅和機(jī)率，噪音更小，但是她們能否估算條件機(jī)率并進(jìn)行相應(yīng)的取樣。
其實(shí)，回歸問題，純量子的方式一直具有明顯優(yōu)勢，由于它在200秒內(nèi)就提供了答案，而不是5天，性能優(yōu)勢小于2000倍。更為重要的是，化學(xué)量子比特?cái)?shù)目的發(fā)展才剛才開始。
6.谷歌量子的雄心壯志
2016年，谷歌公司聘請德國化學(xué)學(xué)家、微軟職工Leo為馬約拉納粒子項(xiàng)目工作。
2018年3月，發(fā)表了引人注目的文章，新的成果提供了“證據(jù)”，證明他觀察到了一種稱為馬約拉納費(fèi)米子（）的“天使”粒子。
時(shí)任谷歌量子估算項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的Todd告訴《巴倫周刊》，她們將在2018年年末擁有一個(gè)拓?fù)淞孔颖忍兀ㄒ粋€(gè)拓?fù)涞臄?shù)學(xué)比特幾乎等于一個(gè)邏輯量子比特）。一個(gè)月后，這份深受爭議的報(bào)紙仍然公開出版。
圖4｜谷歌量子估算項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Todd（來源：谷歌）
谷歌因此，傾盡竭力，獨(dú)家舉辦，希望借助馬約拉納費(fèi)米子來建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。
2019年5月，谷歌公司量子估算業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理JulieLove曾向外界透漏提及，谷歌將在“五年內(nèi)”擁有一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)，聽上去激奮人心。
在量子估算的各大方陣?yán)铮雀璧耐負(fù)淞孔庸浪阋恢Κ?dú)秀。
7.谷歌量子失利撤稿
2021年03月8日，谷歌捐助年發(fā)表在《自然》（）上的“”論文被撤稿。
在與合作者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新剖析并校正后，發(fā)覺此前被觀測到的馬約拉納費(fèi)米子實(shí)際上并不存在，主動(dòng)要求撤回論文。在撤稿通知中，研究團(tuán)隊(duì)就原始數(shù)據(jù)欠缺足夠嚴(yán)謹(jǐn)性向同行道歉。
代爾夫特理工大學(xué)科學(xué)誠信委員會(huì)對(duì)這一問題進(jìn)行調(diào)查，作為調(diào)查的一部份，委員會(huì)已要求獨(dú)立的國際專家就該出版物提供客觀的意見。
在專家報(bào)告的公開部份，專家們強(qiáng)調(diào)，原稿中提出結(jié)果的方法表明，作者選擇了支持她們所找尋的現(xiàn)象的數(shù)據(jù)，而忽視了可能會(huì)對(duì)所提出的推論提出疑惑的數(shù)據(jù)。
國際專家沒有發(fā)覺任何證據(jù)表明這可能是故意的。專家們覺得最合理的解釋是，作者被當(dāng)時(shí)的熱情所吸引，因而沒有對(duì)不符合其目的的數(shù)據(jù)給與足夠大的關(guān)注度。
在實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)（語境與量子優(yōu)越性一致，下同）”的賽道上，谷歌將希望寄寓在了馬約拉納費(fèi)米子上。
2004年起，谷歌開始借助理論化學(xué)學(xué)方式，旨在于建立出基于馬約拉納費(fèi)米子的量子比特，借以作為量子估算硬件的核心，但仍然沒有取得成效。
而2019年，微軟推出了具有54個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”（），率先宣布實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，但在不足2年時(shí)間內(nèi)，10000年的時(shí)間被輕松60個(gè)GPU壓縮至5天。
8.指責(zé)聲中的“九章”
全球著名實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的機(jī)器當(dāng)屬中國的“九章”光量子計(jì)算機(jī)，但當(dāng)公開該靶機(jī)時(shí)，招來無數(shù)爭議。“九章”所完成的估算任務(wù)，也采用了200秒作為對(duì)標(biāo)時(shí)間。（參閱：）
說巧不巧，John率領(lǐng)微軟實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，他對(duì)中國“量子霸權(quán)”提出了指責(zé)。表示雖然中國的研究人員早已取得了一些成果，但對(duì)于其機(jī)器巨大復(fù)雜性的宣稱，目前還未得到否認(rèn)，理論學(xué)家們會(huì)盡早將這一點(diǎn)弄明白。
其中關(guān)鍵點(diǎn)在于，是否可以對(duì)“九章”進(jìn)行編程以執(zhí)行其他任務(wù)。并表示，假如“九章”只能完成玻色取樣，這么它就缺乏實(shí)用性。為此，雖然在科學(xué)上意義重大，但實(shí)際意義不顯著。
微軟的“量子霸權(quán)”可能面臨重新做實(shí)驗(yàn)的可能，而該背景下，真正實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的，雖然只有指責(zé)聲中的“九章”目前最為穩(wěn)定。
9.量子估算的未來
谷歌量子估算論文從《自然》撤稿，實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的計(jì)劃失利，微軟“量子霸權(quán)”的萬年時(shí)長里程碑式的優(yōu)勢，一增長到幾天，量子優(yōu)勢的那個(gè)200秒挑戰(zhàn)萬年的氣度也急劇縮減。
這勢必給行業(yè)高度的熱情和氣氛降降溫，保持理智的心態(tài)來觀測行業(yè)動(dòng)向。
目前，全球的研究格局依然強(qiáng)勁，每位技術(shù)路線都有龐大的校企參與。
圖5｜量子估算路線與組織機(jī)構(gòu)的關(guān)系（來源：Kurek,Joe薦）
目前看來，高溫超導(dǎo)、光量子以及離子阱技術(shù)，被寄寓厚望，由于企業(yè)的參與度較高。在量子客采集的數(shù)據(jù)中，占比也較大。
然而，一直沒有任何證據(jù)證明，哪一條技術(shù)路線才是通往通用量子計(jì)算機(jī)方向的最終選擇路線。
目前，每位技術(shù)棧也沒有在“量子優(yōu)越性”問題上完美的作出量子計(jì)算機(jī)該有的驗(yàn)證。諸如對(duì)一些較為通用的問題做驗(yàn)證對(duì)比，過去日本的驗(yàn)證和中國的驗(yàn)證關(guān)于量子物理的論文，都是基于對(duì)特殊問題的驗(yàn)證（隨機(jī)線路和玻色取樣）。
但從另一角度看量子估算，無論是IonQ上市也好，還是發(fā)布未來技術(shù)路線圖所呈現(xiàn)的可能性也罷，競爭熱度只增不減。
把量子比特做的隨機(jī)線路問題，置于70量子比特上時(shí)，對(duì)精典計(jì)算機(jī)來說，難度指數(shù)下跌。
重點(diǎn)是，70量子比特?cái)?shù)目級(jí)的化學(xué)設(shè)備，在和IBM這樣的企業(yè)已經(jīng)不存在任何技術(shù)障礙。
圖6｜微軟量子估算路線圖（來源：）
為此，在漸漸過度為NISQ時(shí)代的后半葉，不應(yīng)再討論量子優(yōu)越性問題。而應(yīng)闡述，怎樣在NISQ時(shí)代，啟用量子優(yōu)越性。
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