什麼是量子霸權？
英文是quantum supremacy，也被翻譯為“量子至上”，意思是量子計算機可以解決傳統計算機根本沒有辦法解決的事情，包括現在最快的超級計算機。
有關量子計算的內容可參考我之前發過的 。
2019年9月20日，谷歌一份內部研究報告顯示，其研發的包含53個量子位的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成目前全球最快超級計算機Summit需1萬年時間處理的問題，並聲稱是全球首次實現“量子霸權”。
谷歌方還對此稱“這意味著首個只能由量子計算機完成的工作已經出現並完成”，將之譽為“邁向全面量子計算的里程碑”，並使用了“谷歌獲得量子霸權”的字眼，引發廣泛轟動。不過這篇論文不久後消失。據NASA方面隨後傳出的消息稱，可能是誤發了尚待完成的論文，因此隨後“自行刪除”。
這一舉動，令人唏噓。
隨即，超級計算機Summit的IBM研發團隊指責谷歌並沒有充分利用現代超級計算機的計算能力，這實質上操縱了這場競賽。
IBM表示，這臺超級計算機只需要2天半便能夠完成谷歌聲稱的計算，用不著谷歌聲稱的一萬年，而且給出時間進行調整，實際所用時間可能更短。雖然這個時間要比谷歌Sycamore量子芯片完成計算的時間長出許多，但是卻與“量子霸權”的概念不符。
一個月後，10月23日，谷歌在《自然》雜誌正式發佈研究論文，宣佈在量子計算領域取得重大突破，正式實現“量子霸權”。
在1980年代初期，理查德·費曼（Richard Feynman）提出，量子計算機將成為解決物理和化學問題的有效工具，因為用經典計算機模擬大型量子系統的成本成倍增加。
要實現這一目標，需要兩點：1、設計一個量子系統來在足夠大的計算（希爾伯特）空間中以足夠低的錯誤率執行計算；2、提出一個對於經典計算機來說很難解決但對於量子計算機來說容易解決的問題。
第一點是建造可行的量子計算機，是技術上的問題，第二點是證明量子計算機相對於傳統計算機是有絕對優勢的，是意義上的問題。
谷歌這次實現量子霸權，主要是構建了一個高保真度的處理器，這個處理器有64個量子位，每個量子位通過耦合器與周圍的其他四個相連，耦合器相當於開關，通過微波脈衝可以控制相鄰量子位的聯繫，從而能夠形成量子處理器。
這個處理器被放置在極底的溫度下，將外界的干擾降到足夠低。
上圖中每個灰色的叉代表一個量子位，每個藍色的色塊代表一個耦合器，這些耦合器是通過277個數模轉換器進行控制。
量子處理器要解決的問題是可靠性，每個量子位都會有誤差，谷歌團隊測量的泡利誤差是0.15%左右，這個量子處理器最大的隨機量子電路具有53個量子比特，1,113個單量子比特門，430個兩個量子比特門。
所有的誤差加在一起，整個處理器的保真度為0.2％，這個問題可以通過幾百萬次計算來解決。
上圖中為對每個量子比特進行的誤差測量。
網絡上將谷歌實現量子霸權比作飛機的發明，還有人說是相當於傳統計算機的“Hello World”，這些都不足以說明其意義，倘若谷歌這次實現量子霸權被最終證明為可信的，那麼箱子計算機將逐步獲得實用性，很多之前難以計算的問題將迎刃而解。
量子計算機就像是一股“暴力”，給人類社會注入了一股強勁地動能，在計算機被髮明出來的時候，沒有人能知道計算機能給人類社會帶來什麼，但是量子計算機不同，人們已經能夠預見到量子計算機會有什麼樣的應用。
我們將能更細緻地模擬宇宙的演化，生物醫藥的研究將深入到分子及以下的層面，人類疾病將被更快地克服，所有的運算都將極大地提速，成本也將極大地降低，運算將作為一種資源被極大擴充，那些依賴計算的其他先進技術將會從概念變成實實在在的日常用品，比如AI，今天的AI已經在圍棋、遊戲等很多方面表現出強大的力量，但是仍然處於較低級的階段，未來量子計算將極大地促進人工智能的進步。
小說《三體》中，人類的上千艘太空戰艦在面對“水滴”時表現得不堪一擊，其中有一個原因就是因為這些戰艦雖然有看似強大的武器，但是卻仍然是人去使用和做判斷，對於宇宙戰場來說，人的行動太慢了，沒有強大的人工智能，這些戰艦隻能是靶子。
計算能力不僅僅是計算，更是商業能力、科研能力、軍事能力，有理由相信，在量子計算面前，當今的互聯網就將變成透明的，所有的加密手段對於它來說都將無效。
所以，量子計算應當被視為一種戰略力量，如果有類比的話，其重要性和可控核聚變是差不多的，前者是幾乎無限的計算能力，後者是幾乎無限的能源，那時候的世界，想想都很美好啊。
「量子霸權」真的來了：谷歌論文正式在《自然》雜誌發表 雲頭條 10-24
Quantum supremacy using a programmablesuperconducting processor Frank Arute, Kunal Arya, […]John M. Martinis 23 October 2019
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