假如谷歌的“量子优越性”是一场革命，我们还应该知道什么？

另一个具有代表性的则是微软选择的基于非阿贝尔任意子（nonabelian anyons）的拓扑量子比特（ topological qubits）。这些已经不再是具体的物体，而是沿着物质边缘游动的准粒子（quasiparticles），它们的量子态由不同的交叉路线（braiding paths）来实现。因为交叉路线的形状导致了量子叠加，它们会受到拓扑保护（topologically protected）而不至于崩溃，这类似于打结的鞋带不会散开。这也意味着，理论上拓扑量子计算机不需要在错误修正上花费那么多量子比特。不过这种技术最终是否能够在实验上做出来，仍然待定。

钻石空位的方法本质上即利用钻石中的瑕疵作为量子比特。具体来讲，钻石的碳原子形成了正四面体的结构，而研究者将其中的一个碳原子替换为氮原子，形成一个氮晶格空位中心，游离的氮原子核和多出的一个电子共同构成了两个量子比特。（更准确地说，是用它们的“自旋”来作为量子比特）这种方法不需要低温、激光等极端技术要求，室温下即可实现，但缺点在于并不是那么容易实现量子态的纠缠。

这里需要指出的是，尽管当前各家企业在媒体中都有炒作其在该领域的先进性，但事实上没有人对量子计算有足够的了解，未来的量子计算机最终会采用哪种技术并没有定论。甚至有人认为“未来的量子计算机很可能是一个混合体，由超快的超导体量子比特对算法进行运算，然后把结果扔给更稳定的离子存储；与此同时，光子在机器的不同部件之间或量子网络的节点之间传递信息。”

量子计算机的研制是一个极具挑战且周期可能较长的工作，尽管近年来量子计算的规模逐渐发展到50个左右，但真正具备实用化的通用量子计算机可能只是需要10万-100万量级的量子比特。因此为了推动量子计算机的研制，就必须把整个过程划分为一个个的小目标，根据这些小目标来不断向最终的成功靠近。

今年9月份在合肥举办的新兴量子技术国际大会的白皮书上提到了当前量子计算的研究路线：“为了领域的健康长期发展，除了要在基础研究领域做好操纵精度、可容错之外，规模化、实用性的量子计算研究可以沿如下路线开展。第一个阶段是实现‘量子优越性’，即量子模拟机针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标可在近期实现。第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统，可在组合优化、量子化学、机器学习等方面发挥效用。第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，能在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。实现通用可编程量子计算机还需要全世界学术界的长期艰苦努力。” [4]

谷歌量子 AI 团队所针对的问题正是随机量子线路采样。据中科大黄合良博士介绍，所谓随机量子线路，即“随机从一个量子门的集合中挑选单比特量子门，作用到量子比特上，每作用一层单比特量子门，就会接着做一层两比特量子门，多次重复这样的操作后，测量最终的量子态，即完成一次采样。”[4] 已经有很多理论证明了随机量子线路采样的困难性，但这种问题却比较适合在二维结构的超导量子计算芯片上实现，这也是谷歌选择这个问题的原因。

我们来看“量子优越性”的定义：量子模拟机针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机。这里的“特定问题”，即经过精心设计，非常适合于量子计算设备发挥其计算潜力的问题。例如随机量子线路采样、IQP 线路、玻色采样等[4]。

（编辑：西安站长网）

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