近日，美国科技巨头谷歌在英国《自然》杂志上刊登论文，宣称其量子计算器已经实现了“量子霸权”（quantum supremacy）。谷歌首席执行官桑德尔·皮查伊（Sundar Pichai）发表文章，说谷歌一共花费了13年的时间来达成这一突破。
“量子霸权”是什么？
“量子霸权”这一概念是2011年，美国理论物理学家约翰·普瑞斯基尔（John Preskill）提出。这里的“霸权”并非我们平时理解的“霸权主义”，量子霸权是一个专有名词，意思是在处理同一个问题时，量子计算拥有了超越所有古典（非量子）计算机的能力，实现量子计算机特有优势。在物理实验领域，由于迄今没有任何一台量子装置在实际的测试中验证这一能力，因此，谁能证明这种能力，就代表了实现“量子霸权”。
“量子霸权”的实现之所以重要，是因为这就代表量子计算能力从理论变成了实际，随之而来的就是新的计算能力的飞跃。
一般观点认为，量子计算机至少需要 49 个“量子比特”才能达成“霸权”目标。量子比特（Qubit）与传统计算机的比特（bit）具有截然不同的特性，传统计算器只能在一个比特中表达“1”或者“0”，但由于量子效应，量子字节的位置、方向、动量等数值无法得到明确定义，因此能够同时表示“1”和“0”组成的叠加（superposition）状态。根据谷歌CEO皮查伊文章，所以如果你有2个量子比特，就会同时有四种可能状态，这种计算状态会呈“指数级”增长。
谷歌的“量子霸权”
在公布论文前，谷歌已经凭借着庞大的量子计算机规模在竞争中处于领先地位。2018年，谷歌展示了73量子比特计算机，该计算器明显强于位列第二的竞争对手IBM在今年9月18日公布的53量子比特研究成果。
谷歌在《自然》的论文中表示，这次“量子霸权”实验中，谷歌使用了规模较小的54比特Sycamore计算机。该计算机能够在200秒内完成世界上最强大的超级计算机花费10000年所需的随机数计算量，这让目前所有传统计算机相形见绌。
既然说到“量子霸权”，就不得不解释一下神秘的“量子计算”。
量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机，其理论模型是通用图灵机；通用的量子计算机，其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看，量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题，但是从计算的效率上，由于量子力学叠加性的存在，目前某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。
量子计算(quantum computation) 的概念最早由阿岗国家实验室的P. Benioff于80年代初期提出，他提出二能阶的量子系统可以用来仿真数字计算；稍后费曼也对这个问题产生兴趣而着手研究，并在1981年于麻省理工学院举行的First Conference on Physics of Computation中给了一场演讲，勾勒出以量子现象实现计算的愿景。1985年，牛津大学的D. Deutsch提出量子图灵机（quantum Turing machine）的概念，量子计算才开始具备了数学的基本型式。然而上述的量子计算研究多半局限于探讨计算的物理本质，还停留在相当抽象的层次，尚未进一步跨入发展算法的阶段。
1994年，贝尔实验室的应用数学家P. Shor指出 [3]，相对于传统电子计算器，利用量子计算可以在更短的时间内将一个很大的整数分解成质因子的乘积。这个结论开启量子计算的一个新阶段：有别于传统计算法则的量子算法（quantum algorithm）确实有其实用性，绝非科学家口袋中的戏法。自此之后，新的量子算法陆续的被提出来，而物理学家接下来所面临的重要的课题之一，就是如何去建造一部真正的量子计算器，来执行这些量子算法。
2019年8月，中国量子计算研究获重要进展：科学家领衔实现高性能单光子源。中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟与陆朝阳、霍永恒等人领衔，和多位国内及德国、丹麦学者合作，在国际上首次提出一种新型理论方案，在窄带和宽带两种微腔上成功实现了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，为光学量子计算机超越经典计算机奠定了重要的科学基础。国际权威学术期刊《自然·光子学》日前发表了该成果，评价其“解决了一个长期存在的挑战”。
D-Wave One量子处理器晶圆
加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”，量子电脑的梦想距离我们又近了一大步。D-Wave公司的口号就是——“Yes,you can have one.”。其实早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用实用型量子计算机“Orion”（猎户座），不过严格来说当时那套系统还算不上真正意义的量子计算机，只是能用一些量子力学方法解决问题的特殊用途机器。
D-Wave One量子计算机系统与D-Wave公司创始人兼CTO Geordie Rose
2018年10月12日，华为公布了在量子计算领域的最新进展：量子计算模拟器HiQ云服务平台问世，平台包括HiQ量子计算模拟器与基于模拟器开发的HiQ量子编程框架两个部分，这是这家公司在量子计算基础研究层面迈出的第一步。
而现在，谷歌在持续重金投入量子计算13年后，成功摘取量子计算领域的一个重要里程碑！
不过我们也无需过于担忧，国内众多机构早已瞄准“量子霸权”，缩小与谷歌们差距。
合肥本源量子计算科技有限责任公司，是国内第一家以量子计算机的研制、开发和应用为主营业务的初创型公司，在实现“量子霸权”上做了不少探索，并力争在2020年底推出中国首台自主知识产权的量子计算原型机。
北京量子信息科学研究院及其超导量子计算实验室
北京量子信息科学研究院及其超导量子计算实验室
北京量子信息科学研究院更是将瞄准世界量子物理与量子信息学前沿和国家在量子信息技术等领域的战略急需，整合北京现有量子物态科学、量子通信、量子计算、量子材料与器件、量子精密测量等领域骨干力量，大力引进全球顶级人才，组建一支由世界级水平工程师组成的技术保障团队，建设顶级实验支撑平台，力争在理论、材料、器件、通信与计算及精密测量等基础研究方面取得世界级成果。