想象一下，你正在海底尋找一艘失蹤的船只。聲吶會(huì)給你顯示一個(gè)模糊輪廓，表明那里有一艘沉船。如果有新技術(shù)不僅能找到沉船，還能讀出船體上的銘牌，該是多大的進(jìn)步？
“這就是我們實(shí)現(xiàn)的最新重大算法突破。”美國(guó)谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)22日在英國(guó)《自然》雜志上發(fā)表論文宣布，通過(guò)運(yùn)行突破性的“量子回聲”算法取得了首個(gè)“可驗(yàn)證的量子優(yōu)勢(shì)”，這標(biāo)志著“（量子計(jì)算）朝著首個(gè)實(shí)際應(yīng)用邁出了重要一步”，并認(rèn)為這一突破為量子計(jì)算機(jī)在未來(lái)5年內(nèi)實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。
這項(xiàng)突破性成果“可用于了解從分子到磁體再到黑洞等自然界系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”，引發(fā)了廣泛關(guān)注。但一些研究人員對(duì)谷歌公司再次宣稱的量子優(yōu)勢(shì)，以及未來(lái)數(shù)年內(nèi)即可實(shí)際應(yīng)用的前景持審慎態(tài)度。
并非首次宣稱量子優(yōu)勢(shì)
量子優(yōu)勢(shì)又稱“量子優(yōu)越性”，通常指量子計(jì)算不僅在理論上具備更快的運(yùn)算速度，而且在解決具有經(jīng)濟(jì)或科學(xué)價(jià)值的實(shí)際問(wèn)題中展現(xiàn)出超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能。
這并非谷歌首次宣稱實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)。2019年10月，谷歌團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上宣布，他們研制出一個(gè)包含53個(gè)有效量子比特的處理器“西克莫”，它在測(cè)試中僅用約200秒就完成當(dāng)時(shí)全球最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要約1萬(wàn)年才能完成的計(jì)算任務(wù)。
2024年12月，谷歌宣布研發(fā)出運(yùn)算能力超強(qiáng)、適用量子計(jì)算機(jī)的“威洛”芯片，宣稱這種芯片只用5分鐘即可完成現(xiàn)有運(yùn)行速度最快計(jì)算機(jī)要10堯（10的25次方）年才能完成的任務(wù)。此外，“威洛”芯片還有突出的糾錯(cuò)能力，為研制“實(shí)用的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)”鋪平了道路。
但量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)Υ巳源嬉蓡?wèn)：除了能解決數(shù)學(xué)難題之外，量子計(jì)算機(jī)是只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)演示，還是真的具備產(chǎn)生“殺手級(jí)應(yīng)用”的潛力？
谷歌研究團(tuán)隊(duì)說(shuō)，新突破的核心價(jià)值首先在于運(yùn)行速度更快：“量子回聲”算法在“威洛”芯片上的運(yùn)行速度比世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一——美國(guó)“前沿”計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的最佳經(jīng)典算法快約1.3萬(wàn)倍。其次，這種算法具有可驗(yàn)證性，意味著可在同等水平的量子計(jì)算機(jī)上得到相同答案，從而確認(rèn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這為可擴(kuò)展驗(yàn)證打下基礎(chǔ)，使量子計(jì)算更接近實(shí)用化。
有望加速應(yīng)用落地？
谷歌研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校合作演示的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是拓展核磁共振技術(shù)的潛力，以獲得更多關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的信息，相關(guān)原理驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)過(guò)程已發(fā)布在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上。研究團(tuán)隊(duì)表示，正如望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡讓人們看到此前未知的世界，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)展示了“量子鏡”的潛力，能幫助研究人員觀測(cè)從前無(wú)法看到的自然現(xiàn)象。
研究團(tuán)隊(duì)說(shuō)，量子計(jì)算增強(qiáng)的核磁共振技術(shù)未來(lái)有望在藥物研發(fā)中發(fā)揮作用，用于研究藥物與靶點(diǎn)的結(jié)合機(jī)制；也可在材料科學(xué)領(lǐng)域用于分析新型材料（如聚合物、電池組件或量子芯片材料）的分子結(jié)構(gòu)等。
“5年內(nèi)，我們就能看到只有量子計(jì)算機(jī)才可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用。”谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文在發(fā)布會(huì)上樂(lè)觀預(yù)測(cè)。
不過(guò)，一些研究人員對(duì)谷歌宣布的“突破性進(jìn)展”持審慎態(tài)度，認(rèn)為這么快就承諾實(shí)際應(yīng)用還為時(shí)過(guò)早。美國(guó)紐約大學(xué)量子物理學(xué)家德萊斯·澤爾斯說(shuō)，舉證的任務(wù)還很重，盡管這篇論文“認(rèn)真”測(cè)試了多種經(jīng)典算法，但還不能證明不存在更高效的經(jīng)典算法。“我個(gè)人認(rèn)為，這不足以做出如此大膽的宣言。”
美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院量子物理學(xué)家詹姆斯·惠特菲爾德也表示，這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步令人印象深刻，但認(rèn)為它能立刻解決一些具有經(jīng)濟(jì)可行性的問(wèn)題“有點(diǎn)牽強(qiáng)”。
科技的進(jìn)步從來(lái)都是漫長(zhǎng)的歷程。自諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼1981年首次提出量子計(jì)算機(jī)構(gòu)想以來(lái)，各國(guó)科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域不斷取得重大突破，但研發(fā)出具有實(shí)用性的通用量子計(jì)算機(jī)，恐怕仍有不短的路要走。