大资本谷歌宣布的“可验证量子优势”能很快实现应用吗

想象一下，你正在海底寻找一艘失踪的船只。声呐会给你显示一个模糊轮廓，表明那里有一艘沉船。如果有新技术不仅能找到沉船大资本，还能读出船体上的铭牌，该是多大的进步？

“这就是我们实现的最新重大算法突破。”美国谷歌量子人工智能实验室研究团队22日在英国《自然》杂志上发表论文宣布，通过运行突破性的“量子回声”算法取得了首个“可验证的量子优势”，这标志着“（量子计算）朝着首个实际应用迈出了重要一步”，并认为这一突破为量子计算机在未来5年内实际应用铺平了道路。

这项突破性成果“可用于了解从分子到磁体再到黑洞等自然界系统结构”，引发了广泛关注。但一些研究人员对谷歌公司再次宣称的量子优势，以及未来数年内即可实际应用的前景持审慎态度。

并非首次宣称量子优势

量子优势又称“量子优越性”，通常指量子计算不仅在理论上具备更快的运算速度，而且在解决具有经济或科学价值的实际问题中展现出超越传统计算机的性能。

这并非谷歌首次宣称实现量子优势。2019年10月，谷歌团队在《自然》杂志上宣布大资本，他们研制出一个包含53个有效量子比特的处理器“西克莫”，它在测试中仅用约200秒就完成当时全球最好的超级计算机需要约1万年才能完成的计算任务。

2024年12月，谷歌宣布研发出运算能力超强、适用量子计算机的“威洛”芯片，宣称这种芯片只用5分钟即可完成现有运行速度最快计算机要10尧（10的25次方）年才能完成的任务。此外，“威洛”芯片还有突出的纠错能力，为研制“实用的大规模量子计算机”铺平了道路。

但量子计算领域对此仍存疑问：除了能解决数学难题之外，量子计算机是只能在实验室内演示，还是真的具备产生“杀手级应用”的潜力？

谷歌研究团队说，新突破的核心价值首先在于运行速度更快：“量子回声”算法在“威洛”芯片上的运行速度比世界上最快的超级计算机之一——美国“前沿”计算机上运行的最佳经典算法快约1.3万倍。其次，这种算法具有可验证性，意味着可在同等水平的量子计算机上得到相同答案，从而确认结果的准确性，这为可扩展验证打下基础，使量子计算更接近实用化。

有望加速应用落地？

谷歌研究团队与美国加利福尼亚大学伯克利分校合作演示的一个应用场景是拓展核磁共振技术的潜力，以获得更多关于分子结构的信息，相关原理验证的实验过程已发布在预印本网站arXiv上。研究团队表示，正如望远镜和显微镜让人们看到此前未知的世界，这项实验展示了“量子镜”的潜力，能帮助研究人员观测从前无法看到的自然现象。

研究团队说，量子计算增强的核磁共振技术未来有望在药物研发中发挥作用，用于研究药物与靶点的结合机制；也可在材料科学领域用于分析新型材料（如聚合物、电池组件或量子芯片材料）的分子结构等。

“5年内，我们就能看到只有量子计算机才可能实现的实际应用。”谷歌量子人工智能实验室负责人哈特穆特·内文在发布会上乐观预测。

不过，一些研究人员对谷歌宣布的“突破性进展”持审慎态度，认为这么快就承诺实际应用还为时过早。

美国纽约大学量子物理学家德莱斯·泽尔斯说，举证的任务还很重，尽管这篇论文“认真”测试了多种经典算法，但还不能证明不存在更高效的经典算法。“我个人认为，这不足以做出如此大胆的宣言。”

美国达特茅斯学院量子物理学家詹姆斯·惠特菲尔德也表示，这项技术进步令人印象深刻，但认为它能立刻解决一些具有经济可行性的问题“有点牵强”。

科技的进步从来都是漫长的历程。自诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼1981年首次提出量子计算机构想以来，各国科学家在量子计算领域不断取得重大突破大资本，但研发出具有实用性的通用量子计算机，恐怕仍有不短的路要走。

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