谷歌宣称首次实现量子优越性，IBM“不服”，中国同行咋看？

此次，谷歌量子AI团队制备了一块包含54个量子比特的超导量子计算芯片，并将其命名为Sycamore。不幸的是，其中一个量子比特坏掉了，所以可用的量子比特只有53个。不过因为坏掉的量子比特在芯片的边缘，基本上不会影响最终实验结果。

这块超导量子芯片基本上汇聚了谷歌量子AI团队这几年所发展的所有先进的实验技术，其中最突出的两项技术是倒装焊封装技术和可调量子耦合器。倒装焊封装技术是一种芯片互连技术，通过倒装焊，可以实现二维排布量子芯片的制备。可调耦合器的作用是调节量子比特间的耦合强度，当我们想让比特间发生耦合实现多比特门时，可以将耦合强度调大，但是当我们不想让比特间发生耦合时，可以关掉耦合器。

图3  Sycamore芯片的结构和实物图

可调耦合器的突破使得比特间的串扰错误得到有效抑制。从谷歌的基准测试来看，Sycamore芯片在进行并行量子门操控时，还能保持99.84%精度的单比特门、99.38%精度的两比特门以及96.2%精度的读出，综合性能代表了目前超导量子计算的最高水平。

为了说明“量子优越性”，谷歌与目前世界排名第一的超级计算机Summit进行了性能比对。在Sycamore上进行53比特、20深度的量子随机线路采样，200秒约可采样100万次，并且最终结果的保真度预计有0.2%；作为对比，谷歌预计超算Summit要得到保真度为0.1%的结果，需要耗费1万年。基于此，谷歌宣称实现了“量子优越性”。

三、“量子优越性”工作的争议

实际上，“量子优越性”代表了两个方面的竞争，一方面量子芯片的比特数和性能不断扩张，在某些问题上展现出极强的计算能力；另一方面，经典算法和模拟的工程化实现也可以不断优化，提升经典算法的效率和计算能力。所以，如果能够提升经典模拟的能力，那么谷歌的量子设备有可能就无法打败最强超算，从而“称霸”失败。实际上这是极有可能的，因为谷歌也无法保证他们在做经典模拟时已经达到了最优，包括他们所使用的薛定谔-费曼算法，以及对超算工程化实现的优化。

有趣的是，IBM是第一个跳出来表示“不服”的。IBM在10月21的arXiv上论文“Leveraging Secondary Storage to Simulation Deep 54-qubit Sycamore Circuits”中指出，谷歌对随机量子线路的经典模拟优化得并不好，如果采用内存和硬盘混合存储方案，模拟53比特、20深度的量子随机线路采样，仅需2.5天。IBM还宣称这只是他们保守的估计，“一万年太久，只争朝夕”。

（编辑：西安站长网）

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