谷歌低調(diào)宣稱“量子霸權(quán)”遭打臉 人類離量子時(shí)代還有多遠(yuǎn)？

1903年12月17日，在北卡羅來(lái)納州的基蒂霍克，奧維爾·萊特駕駛著他和兄弟威爾伯一起建造的飛行器飛行。12秒后，奧維爾經(jīng)歷了一次顛簸的著陸，他的旅程結(jié)束了，而飛機(jī)時(shí)代就此開(kāi)啟。

但對(duì)于當(dāng)時(shí)的報(bào)紙讀者來(lái)說(shuō)，他們可能都沒(méi)意識(shí)到發(fā)生了什么歷史性事件。一篇關(guān)于萊特兄弟的文章被廣泛轉(zhuǎn)載，標(biāo)題謹(jǐn)慎地寫著“看來(lái)是一次成功”，并表示這個(gè)消息“令人興奮”，但文章并未將奧維爾的短暫飛行視為人類具有里程碑意義的時(shí)刻。甚至幾年后，另一個(gè)故事將萊特兄弟描述為“迄今為止最成功的飛行器的發(fā)明者”。

說(shuō)到這兒，我不禁聯(lián)想到了谷歌在今年10月受到的近乎冷淡的對(duì)待，當(dāng)時(shí)谷歌發(fā)表了一篇研究論文，稱其在加州Goleta的研究團(tuán)隊(duì)使用了實(shí)驗(yàn)性量子計(jì)算機(jī)，其處理器被稱為“ Sycamore”，可以在200秒執(zhí)行一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成工作。據(jù)其稱，即使是如今最快的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)也需要1萬(wàn)年才能完成上述工作。

谷歌的科學(xué)家們宣稱，他們已經(jīng)取得了“量子霸權(quán)”，建立了一個(gè)量子系統(tǒng)，能夠完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)根本無(wú)法完成的任務(wù)—;—;除非你愿意為了一個(gè)結(jié)果等上一萬(wàn)年。多年來(lái)，量子觀察家們一直在等待這樣一個(gè)時(shí)刻的到來(lái)，他們?cè)谡務(wù)撨@個(gè)時(shí)刻時(shí)，往往會(huì)提到萊特兄弟。

但是當(dāng)谷歌在正式宣布它的成就時(shí)（該消息在一個(gè)月前泄露），它的量子計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手IBM已經(jīng)宣稱量子霸權(quán)時(shí)刻還沒(méi)有到來(lái)。該公司表示，安裝在橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的最先進(jìn)的200-petaflop IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)可以在兩天半內(nèi)執(zhí)行谷歌的基準(zhǔn)任務(wù)。這遠(yuǎn)不及Sycamore的速度快，但也足以成為一個(gè)合理的選擇。

對(duì)于大部分人來(lái)說(shuō)，裁定谷歌和IBM的意見(jiàn)分歧，是一項(xiàng)不切實(shí)際的任務(wù)。但是，量子霸權(quán)的理念，以及它如何與過(guò)去技術(shù)進(jìn)步的決定性時(shí)刻相對(duì)應(yīng)，還是值得思考的。

這里需要考慮到一些技術(shù)細(xì)節(jié)。

從1956年的UNIVAC 1到你口袋里的智能手機(jī)，再到今天最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，“傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)”囊括了一切基于傳統(tǒng)的1和0的數(shù)字運(yùn)算。相比之下，量子計(jì)算機(jī)利用完全不同的概念、物理和技術(shù)，其基本構(gòu)件是一個(gè)量子比特或量子位—;—;它可以表示1、0或同時(shí)表示兩者。這使它們有潛力以傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法匹敵的速度執(zhí)行艱巨的計(jì)算任務(wù)。

即使你認(rèn)同IBM的立場(chǎng)，即它的超級(jí)計(jì)算機(jī)本可以在兩天半內(nèi)完成谷歌的基準(zhǔn)測(cè)試，而不是用一萬(wàn)年的時(shí)間，但谷歌的Sycamore僅用200秒就完成了測(cè)試，這一事實(shí)應(yīng)該會(huì)激發(fā)你對(duì)量子計(jì)算潛力的興趣。

但“量子霸權(quán)”這個(gè)詞本身就具有一種劃時(shí)代的終局性，仿佛它的實(shí)現(xiàn)將立即迎來(lái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的末日。谷歌在圣巴巴拉的實(shí)驗(yàn)，即使從最有利的角度來(lái)判斷，也沒(méi)有做到這一點(diǎn)。正如IBM的反駁所指出的那樣，未來(lái)更有可能涉及到傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的協(xié)同工作。

“量子霸權(quán)”一詞最初由加州理工學(xué)院的教授John Preskill創(chuàng)造并解釋，Preskill教授在2012年發(fā)表的論文中表示，量子霸權(quán)不是一個(gè)拐點(diǎn)，而是一個(gè)新時(shí)代的鑰匙。

在谷歌、IBM和其他地方進(jìn)行的量子計(jì)算機(jī)研究的全部目標(biāo)，是制造出能夠處理傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)根本處理不了的任務(wù)的計(jì)算機(jī)，這些任務(wù)具有改變世界的意義，例如對(duì)復(fù)雜的分子進(jìn)行建模。

相比之下，谷歌的隨機(jī)數(shù)字練習(xí)相對(duì)平淡，除了那部分只需要200秒。該項(xiàng)目理論團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Sergio Boixo稱其為“量子計(jì)算機(jī)的‘Hello World’程序”，相當(dāng)于程序員用一種新語(yǔ)言進(jìn)行超級(jí)簡(jiǎn)單的編程練習(xí)，只是為了確認(rèn)一切都在按照預(yù)期進(jìn)行?！斑@是我們想做的第一件事，”他解釋道。

盡管谷歌為自己贏得了量子領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，但它也承認(rèn)，在量子機(jī)器廣泛應(yīng)用之前還有大量工作要做。

在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，有兩個(gè)終極問(wèn)題正待解決，畢竟如果這兩個(gè)問(wèn)題不解決，一切都是白搭。其一就是量子精度的問(wèn)題，由于各種復(fù)雜的原因，量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率非常高，可能計(jì)算100次10+10這種簡(jiǎn)單問(wèn)題時(shí)，就有一次會(huì)出錯(cuò)，但值得注意的是，一直用量子霸權(quán)做噱頭的谷歌，卻從未公開(kāi)表示在這方面有所突破，因此，谷歌這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算正確率可能令人堪憂。

另一個(gè)問(wèn)題就是量子擴(kuò)展性的問(wèn)題，量子計(jì)算機(jī)的量子位越高，整體運(yùn)算精度反而卻會(huì)出現(xiàn)下降，就目前來(lái)看，尚不清楚谷歌的量子計(jì)算機(jī)是多少位，也不清楚谷歌是否真正攻克了這個(gè)阻礙人類進(jìn)步的難題。

硬件團(tuán)隊(duì)的一名成員Marissa Giustina用一塊白板畫出了一條時(shí)間線，顯示出目前距離容錯(cuò)、糾錯(cuò)的量子計(jì)算機(jī)成為主流現(xiàn)實(shí)還不到一半的時(shí)間。

歸根結(jié)底，我們不應(yīng)該以谷歌的量子計(jì)算機(jī)是否淘汰了其他計(jì)算方法來(lái)評(píng)判它，就像我們不應(yīng)該糾結(jié)于萊特是否扼殺了熱氣球一樣。

在谷歌于Goleta舉辦的活動(dòng)上，Neven提出了另一個(gè)與人類征服天空有關(guān)的類比：蘇聯(lián)在1957年發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星Sputnik 1?！拔覀兟?tīng)到的一個(gè)批評(píng)是‘谷歌，你捏造了一個(gè)人為的基準(zhǔn)問(wèn)題—;—;它還沒(méi)有做任何有用的事情，’”他說(shuō)?！叭嗽煨l(wèi)星當(dāng)年也沒(méi)起多大作用。它環(huán)繞地球，發(fā)出嘟嘟聲。但這是太空時(shí)代的開(kāi)始?！?/p>

雖然這就是事實(shí)，但在1957年，人們對(duì)此并不在意。美國(guó)報(bào)紙對(duì)人造衛(wèi)星的發(fā)射給予了極大的關(guān)注，但傾向于將目光投向俄國(guó)人是否打算使用其新技術(shù)監(jiān)視美國(guó)或向其投放炸彈。只有當(dāng)美國(guó)認(rèn)真對(duì)待人造衛(wèi)星時(shí)，人們才弄清楚為什么人造衛(wèi)星如此重要—;—;但這已經(jīng)是后話了。

現(xiàn)在，最有趣的歷史典故是UT的Aaronson在他自己的網(wǎng)站上發(fā)表的一篇博文。仔細(xì)思考谷歌的研究論文和IBM對(duì)此的反應(yīng)，他得出結(jié)論，認(rèn)為IBM可以在其最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)上與谷歌的Sycamore計(jì)算結(jié)果相媲美，這可能是正確的。

但他仍然認(rèn)為谷歌的成就具有歷史意義。當(dāng)他提到1969年阿波羅11號(hào)登月時(shí)，并不是說(shuō)谷歌完成了類似的事情，而是說(shuō)量子霸權(quán)根本不是那樣的：從一開(kāi)始就很明顯，量子霸權(quán)不會(huì)像登月那樣具有里程碑意義，這是一瞬間就可以實(shí)現(xiàn)的，然后每個(gè)人都可以隨時(shí)了解。這更像是消滅麻疹：它可以被實(shí)現(xiàn)，然后暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，然后再次實(shí)現(xiàn)。顧名思義，量子霸權(quán)是指擊敗某種事物，即傳統(tǒng)計(jì)算，而后者至少可以在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反擊。

人類的進(jìn)步很少是在一分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)此，每個(gè)人都很清楚。因此，在評(píng)估谷歌的全部影響之前，等待時(shí)機(jī)才是上上之策—;—;即使我們還沒(méi)有進(jìn)入量子計(jì)算即將稱王稱霸的時(shí)代，也要評(píng)估它的價(jià)值。