3/24/2020，光纖在線訊， 今年的OFC上，日本NTT的高級研究員武居弘樹（Hiroki Takesue）發(fā)表了關(guān)于所謂的量子退火機的演講。這是一種基于光學技術(shù)的全新的量子計算機，具有超強的計算能力，特別適用于尋找最佳的組合解，對于未來的人工智能等應用具有重要意義。這篇演講讓編輯對量子計算這個新興事物產(chǎn)生了濃厚的興趣。3月號的OSA Optics&Photonics雜志刊載了科學記者Edwin Cartidge的文章“最高級的還是不可證明的”，探討這一領(lǐng)域的最新進展。

2019年10月24日，自然雜志用封面故事的形式介紹了谷歌量子計算機的成果。這臺名叫Sycamore的計算機采用了53個超導量子比特（qubits），實現(xiàn)了傳統(tǒng)計算機無法望其項背的計算能力。Sycamore的建設(shè)者是物理學家John Martinis領(lǐng)導下的一個科研團隊。他們認為，Sycamore在3分鐘能做到的，IBM的超級電腦Summit至少要1萬年才能做到。是不是很神奇？

過去三十多年來，世界各國在量子計算機上的投入已經(jīng)有幾億美元。實現(xiàn)量子計算機實用化的關(guān)鍵在于避免量子超疊加態(tài)被哪怕最小的噪聲干擾，比如溫度或者電場的波動。加州大學戴維斯分校的數(shù)學家Greg Kuperberg指出，谷歌量子計算機的出現(xiàn)，打破了量子計算機無法實現(xiàn)的說法，證明了科學家可以實現(xiàn)對干擾量子態(tài)的噪聲實現(xiàn)控制。當然，反對聲也有。IBM的科學家就認為他們的超級計算機也能做到Sycamore能做到的（他們發(fā)表在arXiv上一篇文章說谷歌低估了Summit的潛力，如果調(diào)動起全部磁盤空間，Summit只要2.5天就可以完成同樣的工作，但是IBM并沒有實際這樣做）�？屏_拉多大學的理論物理學家Graeme Smith認為谷歌Sycamore內(nèi)部的噪聲會導致系統(tǒng)只能運作很短的周期數(shù)。他認為傳統(tǒng)計算機可以用不同的算法來避免計算53個qubit的波函數(shù)。同樣研究量子計算機的荷蘭Delft科技大學Lieven Vandersypen指出，Sycamore的價值更在于技術(shù)自身。人類離實用化的量子計算還遠得很。

量子計算機之所以神奇，來自于量子世界的神奇特性。不同于傳統(tǒng)計算機的順序處理過程，量子計算機是真正的并行計算。在量子世界里，每個Qubit都是“0”和“1”的疊加態(tài)，而不是單純的“0”或者“1”。如果有N個qubit，就有2的N次方個狀態(tài)，每個有不同的幅度。通過施加合適的量子算法，系統(tǒng)的波函數(shù)會按預定的設(shè)想演化，導致每一步都會產(chǎn)生幅度變化。通過測量每個qubit的值，波函數(shù)坍塌，產(chǎn)生結(jié)果。

不同于此前在2017年時馬里蘭大學的Chritoper Monroe團隊和哈佛大學的Mikhail Lukin團隊基于激光脈沖電捕獲離子或激光激發(fā)中性原子作為qubit來研究磁相轉(zhuǎn)變的研究只能完成特定的任務(wù)，這些裝置更加類似于傳統(tǒng)模擬計算器。谷歌的Sycamore是一種可編程的數(shù)字機器，通過一系列不同的邏輯門（量子位和相鄰的耦合器），Sycamore原則上可以執(zhí)行多種量子算法。

作為Sycamore的核心，qubit是一個神奇的存在。實現(xiàn)qubit的可以是超導電路，可以是電子自旋，被捕獲的原子或者離子，也可以是光子。前面提到的荷蘭的Vandersypen就同Intel公司合作，在Intel的超凈間里，基于量子點來實現(xiàn)qubit。用被捕獲的離子做qubit，馬里蘭大學的Monroe教授已經(jīng)和Duke大學的Jungsang Kim共同創(chuàng)辦了一家名為IonQ的公司來實現(xiàn)商業(yè)化。用光子來做qubit，好處是不怕噪聲，缺點則是難以操作。這個領(lǐng)域也有兩家初創(chuàng)公司，一家是加州的PsiQuantum，致力于打造含有1百萬qubit的量子計算芯片。另一家公司是加拿大的Xanadu，同樣致力于打造量子芯片。在打造量子計算機的硬件的同時，軟件或者算法的實現(xiàn)是另一個難點。

1980年代，諾貝爾物理獎得主，美國科學家Richard Feynman曾經(jīng)預測量子計算機將來可以幫助科學家設(shè)計新材料，發(fā)展新藥物。這一理想始終激勵著一代代科學家向此目標去努力。雖然關(guān)于量子計算和傳統(tǒng)計算技術(shù)的爭論仍然在繼續(xù)，誰勝誰負現(xiàn)在還很難說。但是編輯還是喜歡Greg Kuperberg的觀點：“如同舊約中的故事少年David打敗巨人Goliah，這里量子計算機是少年David，而傳統(tǒng)計算機是巨人Goliah�！�