这是人间报告的第 121篇 原创
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什么是量子霸权？
英文是quantum supremacy，也被翻译为“量子至上”，意思是量子计算机可以解决传统计算机根本没有办法解决的事情，包括现在最快的超级计算机。
有关量子计算的内容可参考我之前发过的人人都能懂“量子计算”。
2019年9月20日，谷歌一份内部研究报告显示，其研发的包含53个量子位的量子计算机成功在3分20秒时间内，完成目前全球最快超级计算机Summit需1万年时间处理的问题，并声称是全球首次实现“量子霸权”。
谷歌方还对此称“这意味着首个只能由量子计算机完成的工作已经出现并完成”，将之誉为“迈向全面量子计算的里程碑”，并使用了“谷歌获得量子霸权”的字眼，引发广泛轰动。不过这篇论文不久后消失。据NASA方面随后传出的消息称，可能是误发了尚待完成的论文，因此随后“自行删除”。
这一举动，令人唏嘘。
随即，超级计算机Summit的IBM研发团队指责谷歌并没有充分利用现代超级计算机的计算能力，这实质上操纵了这场竞赛。
IBM表示，这台超级计算机只需要2天半便能够完成谷歌声称的计算，用不着谷歌声称的一万年，而且给出时间进行调整，实际所用时间可能更短。虽然这个时间要比谷歌Sycamore量子芯片完成计算的时间长出许多，但是却与“量子霸权”的概念不符。
一个月后，10月23日，谷歌在《自然》杂志正式发布研究论文，宣布在量子计算领域取得重大突破，正式实现“量子霸权”。
在1980年代初期，理查德·费曼（Richard Feynman）提出，量子计算机将成为解决物理和化学问题的有效工具，因为用经典计算机模拟大型量子系统的成本成倍增加。
要实现这一目标，需要两点：1、设计一个量子系统来在足够大的计算（希尔伯特）空间中以足够低的错误率执行计算；2、提出一个对于经典计算机来说很难解决但对于量子计算机来说容易解决的问题。
第一点是建造可行的量子计算机，是技术上的问题，第二点是证明量子计算机相对于传统计算机是有绝对优势的，是意义上的问题。
谷歌这次实现量子霸权，主要是构建了一个高保真度的处理器，这个处理器有64个量子位，每个量子位通过耦合器与周围的其他四个相连，耦合器相当于开关，通过微波脉冲可以控制相邻量子位的联系，从而能够形成量子处理器。
这个处理器被放置在极底的温度下，将外界的干扰降到足够低。
上图中每个灰色的叉代表一个量子位，每个蓝色的色块代表一个耦合器，这些耦合器是通过277个数模转换器进行控制。
量子处理器要解决的问题是可靠性，每个量子位都会有误差，谷歌团队测量的泡利误差是0.15%左右，这个量子处理器最大的随机量子电路具有53个量子比特，1,113个单量子比特门，430个两个量子比特门。
所有的误差加在一起，整个处理器的保真度为0.2％，这个问题可以通过几百万次计算来解决。
上图中为对每个量子比特进行的误差测量。
网络上将谷歌实现量子霸权比作飞机的发明，还有人说是相当于传统计算机的“Hello World”，这些都不足以说明其意义，倘若谷歌这次实现量子霸权被最终证明为可信的，那么箱子计算机将逐步获得实用性，很多之前难以计算的问题将迎刃而解。
量子计算机就像是一股“暴力”，给人类社会注入了一股强劲地动能，在计算机被发明出来的时候，没有人能知道计算机能给人类社会带来什么，但是量子计算机不同，人们已经能够预见到量子计算机会有什么样的应用。
我们将能更细致地模拟宇宙的演化，生物医药的研究将深入到分子及以下的层面，人类疾病将被更快地克服，所有的运算都将极大地提速，成本也将极大地降低，运算将作为一种资源被极大扩充，那些依赖计算的其他先进技术将会从概念变成实实在在的日常用品，比如AI，今天的AI已经在围棋、游戏等很多方面表现出强大的力量，但是仍然处于较低级的阶段，未来量子计算将极大地促进人工智能的进步。
小说《三体》中，人类的上千艘太空战舰在面对“水滴”时表现得不堪一击，其中有一个原因就是因为这些战舰虽然有看似强大的武器，但是却仍然是人去使用和做判断，对于宇宙战场来说，人的行动太慢了，没有强大的人工智能，这些战舰只能是靶子。
计算能力不仅仅是计算，更是商业能力、科研能力、军事能力，有理由相信，在量子计算面前，当今的互联网就将变成透明的，所有的加密手段对于它来说都将无效。
所以，量子计算应当被视为一种战略力量，如果有类比的话，其重要性和可控核聚变是差不多的，前者是几乎无限的计算能力，后者是几乎无限的能源，那时候的世界，想想都很美好啊。
参考资料：
「量子霸权」真的来了：谷歌论文正式在《自然》杂志发表 云头条 10-24
Quantum supremacy using a programmablesuperconducting processor Frank Arute, Kunal Arya, […]John M. Martinis 23 October 2019
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