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发帖数: 1 | 1 谷歌发布全球首个72量子比特通用量子计算机，霸权威慑IBM、微软
谷歌在量子比特位数和错误率上的亮眼表现，霎时将2018年的量子霸权竞赛赛点提前
新智元 2018/03/06 11:34字体：宋
研究科学家Marissa Giustina在圣芭芭拉谷歌量子AI实验室安装Bristlecone芯片。来
源：Google Quantum AI Lab
作者：闻菲，小潘
来源：Google Blog，Nature等
谷歌今天宣布推出一款72个量子比特的通用量子计算机Bristlecone，实现了1%的低错
误率，与9个量子比特的量子计算机持平。谷歌认为使用Bristlecone可以实现量子霸权
。上周IBM才曝光了其50个量子比特量子原型机内部构造。谷歌在量子比特位数和错误
率上的亮眼表现，霎时将2018年的量子霸权竞赛赛点提前，接下来就看微软传言中的里
程碑表现。
今天，谷歌量子AI实验室研究科学家Julian Kelly在Google Research官博发文，介绍
了经过同行评议的，谷歌的最新72位量子比特通用计算机。
“我们刚开始测试，”Google的物理学家John Martinis说：“从目前我们所知道的情
况来看，我们非常乐观。”Martinis说，如果一切运作良好，量子霸权可能会在几个月
内实现。
Kelly介绍说，谷歌量子AI实验室（Google Quantum AI Lab）的目标是构建可用于解决
现实世界问题的量子计算机。谷歌的策略是使用与通用纠错量子计算机兼容的系统来探
索近期的应用。为了使量子处理器能够在经典模拟的范围之外运行算法，它不仅需要大
规模的量子比特，处理器在读出（readout）和逻辑运算上的低错误率保证也十分重要
，比如单比特门和两比特门。
在洛杉矶举行的美国物理学会年会上，谷歌展示了一个新的量子处理器Bristlecone。
这个基于门的超导系统目的在于研究量子比特技术的系统误差率和可扩展性，以及在量
子模拟、优化和机器学习中的应用。
创纪录72量子比特量子计算机，错误率1%，可实现量子霸权
Julian Kelly介绍，这个最新设备遵循是谷歌之前提出的9个量子比特量子计算机的线
性阵列技术所对应的物理学原理，而该技术显示的最佳结果如下：低的读数错误率（1%
）、单量子比特门（0.1%）以及最重要的双量子比特门（0.6%）。该设备使用与9个量
子比特的相同的模式进行耦合、控制和读出，但将其扩展为一个包含72个量子比特的正
方形数组。
实验中，研究人员选择了这种尺寸的设备来展示未来的量子霸权，使用面编码研究一阶
和二阶纠错，并促进量子算法在实际硬件上的发展。
左边是谷歌最新的72量子比特量子处理器Bristlecone。右边是该设备的图示：每个“X
”代表一个量子比特，量子比特之间以线性阵列方式相连。来源：Google Quantum AI
Lab
在研究特定的应用程序之前，对量子处理器的量化能力很重要。谷歌的理论团队已经开
发出了一种基准测试工具来完成这项任务，通过在设备上应用随机的量子电路来对系统
的任务进行随机分配，并通过一个经典的模拟方法来检查抽样输出的分布情况。对于一
个操作误差足够小的量子处理器，它可以在一个明确的计算机科学相关的问题上具有超
越经典的超级计算机的表现，也即 “量子霸权”。这些随机电路在量子比特和计算长
度以及深度上都必须很大。
虽然目前还没有人可以实现这个目标，但是谷歌研究人员计算后认为，量子霸权的目标
可以通过使用49个量子比特，一个超过40的电路深度，一个低于0.5%的2个比特误差进
行完美的证明。他们相信，这个量子处理器优于超级计算机的实验证明将会是这个领域
的分水岭，同时也是未来的主要目标之一。
错误率和量子比特位数之间的关系。红色显示了谷歌量子AI实验室的预期研究方向，他
们希望近期能够开发出基于纠错量子计算机的相关应用。来源：Google Quantum AI
Lab
谷歌原本希望在9个量子比特的设备上实现类似的性能，但现在已经做到了72个量子比
特。他们指出，未来在建造更大规模的量子计算机时，Bristlecone将会是一个令人信
服的原理证明。谷歌也表示，在低的系统错误下运行像Bristlecone这样的设备需要软
件、控制电子以及处理器本身等多种技术进行配合，因此接下来还需要在几轮的迭代中
对系统工程进行仔细的观察。
谷歌量子AI实验室指出，使用Bristlecone可以实现量子霸权，而且在这种水平上学习
如何构建和操作设备会是一个令人兴奋的挑战。他们期待分享结果，而这也可以帮助更
多的研究人员进行这方面的实验。
谷歌：从49到72，我们不止比IBM优秀一点点
正如前文所说，谷歌曾表示要建立一个49量子比特的量子计算机来实现量子霸权，并称
这是他们计算后的结果。为什么这次一下子跳到了“72”量子比特呢？
一直以来，大家都认为50个量子比特的量子计算机是实现量子霸权的“起步价”。就在
谷歌抛出49个量子比特的量子计算机实现量子霸权的说法后不久，IBM就称，他们的研
究表明，对于某些特定的量子应用，可能需要56位乃至更多量子比特才能实现量子霸权。
不仅如此，2017年11月12日，IBM宣布成功研发出20量子位的量子计算机，并成功建成
并测试全球首台50个量子比特的量子计算原型机。
上周，在旧金山举行的IBM Inaugural Index开发者大会上，IBM对外展示了其50个量子
比特原型机，且内部结构图也同时曝光。
这可能是为什么谷歌从2017年的“49”一下子跳跃到“72”的一个原因，超出这么多，
应该能打消各种疑虑。
但是，要实现量子霸权，就不得不说刚才提到的量子模拟。目前最强大的超级计算机，
只能模拟46个量子比特。在传统电子计算机上模拟通用量子计算机，是一个非常具有挑
战性的前沿研究工作。2017年11月，由武汉大学物理科学与技术学院袁声军教授、德国
于利希超算中心金丰平研究员、Kristel Michielsen 教授和荷兰格罗宁根大学Hans De
Raedt 教授组成的研究团队联合攻关，在中国国家超级计算无锡中心的超级计算机神
威·太湖之光上实现了一系列通用量子计算机的模拟，实现45量子比特模拟。然后，在
2017年12月，团队再次取得突破，实现了46量子比特模拟，创下了目前的世界纪录。
可扩展性是实现通用量子计算机所面临的难题之一。从45到46，看上去只是增加了一个
比特，但在计算机模拟中，每增加一个量子比特，就需要将计算机的内存增加一倍。例
如，模拟一个拥有45个量子比特的量子计算机，需要至少0.5 PB（约0.5x10^15 字节）
的内存。
因此，要模拟一个72量子比特的计算机，就需要数百万倍的RAM（2^26（72-46）字节）
。我们很可能无法在超级计算机中使用那么多的内存。所以，如果Bristlecone能够比
当前最强大的超级计算机更快地运行通用算法，那么量子霸权时代才将会到来。
抢占2018量子霸权竞赛赛点，小型商用量子计算机5年内出现
除了量子比特，实现量子霸权还需要低的错误率。一台很快但错误率很高的量子计算机
，还不如经典的超级计算机。
根据谷歌的说法，量子计算机的最低错误率必须在1％以内，并且有接近100个量子比特
的规模。目前看，在错误率上，谷歌在72位量子计算机上已经实现了这个目标，单量子
比特门为0.1％，双量子比特门为0.6％。
当我们可以实现几十乃至几百万量子比特0.1-1％的错误率时，量子计算机将开始真正
高效解决实际问题。这可能需要十年或者更久的时间。
但是，至少谷歌认为，在制造出大规模量子比特量子计算机之前，我们可能会先实现一
些小型的、甚至是商用的量子计算机，或者说量子计算商业应用。
2017年，谷歌量子团队在Nature刊文称，他们坚信即使还缺乏能够完整纠错的理论，但
5年之内仍会有与量子计算有关的小型设备问世，而这也将给投资者带来短期的回报。
“早期的量子计算设备将在量子模拟，量子辅助优化和量子采样领域有商业运用。更快
的计算速度对从人工智能到金融和医疗等领域具有明显的商业优势。”
谷歌期望他们72个量子比特的Bristlecone量子计算机不仅能实现量子霸权，还能用作
研究量子比特可扩展性和错误率的试验装置，开发量子模拟、优化和机器学习等应用程
序。
2018年1月底，英国《金融时报》放出消息，在接下来几周内，谷歌和微软将分别宣布
量子技术的两项里程碑式的重大突破。
现在谷歌给出了他们的72量子比特量子计算机，接下来，就看微软了。 |
s*****V
发帖数: 21731 | 2 现在风气都搞坏了，在研之中的就瞎咋呼，起码要发了paper再说吧 |
l**o
发帖数: 131 | 3 扯鸡巴蛋，理论上都还没证明量子计算机比Turing机强。 |
p*******w
发帖数: 1381 | 4 那个让中国网络封锁不好使的那个什么玩意啥时候上天啊？ |
c******s
发帖数: 1166 | 5 2018年1月底，英国《金融时报》放出消息，在接下来几周内，谷歌和微软将分别宣布
量子技术的两项里程碑式的重大突破。
也就是说，刚写好ppt |
P****R
发帖数: 22479 | 6 徐令予：炒作量子通信工程，连潘建伟都担心
【文/ 观察者网专栏作者 徐令予】
9月29日，世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通。中国科技人员在量
子保密通信相关技术上取得了重大进展，中国在高速高效率单光子探测、可信任光子中
继站和星地量子密钥分发等技术领域领先世界，可喜可贺！对此我们不需要更多的溢美
之词，此时此刻，客观的介绍和有益的建议比什么都重要。
为什么要开发量子保密通信技术？因为从理论上讲，如果未来量子计算机建成，如果建
成的量子计算机有足够的Qbit和足够的稳定性，那么今天密码系统中的公钥密码RSA有
可能被破解。开发量子密码通信是为了应对未来的危机，但危机可能发生的确切时间和
危害程度至今都是未知数。
由此可知，量子保密技术只可能是前瞻性的科学研究，当然可以有试点工程，但不一定
要做成大规模铺开的工程项目。操之过急会导致资源的浪费，媒体的过份渲染和资本市
场的炒作还会把问题进一步复杂化，发生“九州量子”这类事件一点也不令人意外[1]。
“京沪干线”项目首席科学家、中科院院士潘建伟最近的谈话中提到：“....，但是大
家不能把它炒作得太热之后，一个东西反而味道就变掉了。要严谨地去做事情。”从字
里行间不难看出，他也担心京沪量子保密通信干线如果在过度炒作的舆论环境下，可能
不利于解决实际的科学问题。他又说：“量子通信广泛应用取决于成本和需求两大因素
。”这句话说到点子上了，评论工程项目需求和成本始终是两个绕不开的坎。
让我们先对需求作些分析。数月前出现这样一篇论文：“后量子时代的RSA”[2]，该文
发表后被多家相关杂志转载和引用，这些文章给出的共同结论是：目前使用的非对称性
密码RSA不会因为量子计算机的出现而消亡。
该篇论文的核心观点是：假设量子计算机已经建成，再假设量子计算机的量子位（Qbit
）可以无限扩展，进一步假设该量子计算机的运行成本与现在通用电子计算机的成本可
以相比，用这样一台超级想象出来的量子计算机来破解长度为Terabyte（太字节，等于
1024GB）的RSA非对称密钥需要量子计算机的Qbit为2^100（2的100次方）。
2^100是一个什么概念？这个数大于我们星球上所有生物细胞的总数！而今天为了建成
两位数Qbit的量子计算机，专家们已经弄得焦头烂额，多年来一筹莫展。当然使用长度
为Terabyte的RSA公钥确实也有点离谱，但论文作者在今日的电子计算机上产生了这样
的公钥，并用它来加密和解密，费时一共为五天。按目前的技术水平，长度为Terabyte
的RSA公钥虽然并不实用，至少还是可以实现的，但是还在纸上的量子计算机即使明天
就建成，要破解这样的RSA公钥也无一线希望。
这篇论文并不是要为对抗量子计算机提供确切的方案，而是通过实验和数据分析指出了
一个冷酷的事实：即使围绕量子计算机的技术难题和运营成本全都解决，只要现行的
RSA公钥增加字长和改善算法，就能迫使量子计算机的恶意攻击因为难以承受的代价而
失败告终，在后量子时代作为经典密码系统重要基石的RSA具有足够长的生命力。急于
丢弃RSA等公钥密码系统而另辟蹊径可能真的是杞人忧天。
让我们进一步再作些成本分析。经典保密技术与量子保密技术的主要区别是：经典保密
系统中通信的内容与密码的配送使用的是同一个通信网络，而量子保密系统必须要求两
个通信网络，一个传送通信内容，另一个配送量子密码。因此量子保密技术必定会大幅
增加通信的成本。
由电路交换和分组交换技术构建起的经典通信网络从本质上来说与量子保密通信网络是
格格不入、难以融合的。很难设想在原有的通信网络线路上实现量子密钥分发。换言之
，为了通信未来的安全，我们必须在原有的通信网络之外加建一套传递密钥的专用网络
。而且这条网络要求通信双方从端到端全程使用光纤联接，当通信双方超过上百公里，
还必须使用可信任中继站或卫星中继。暂不考虑工程的难度，对于普通用户特别是手机
用户而言，仅成本一项无疑也是难以承受的负担。
到目前为止，在所有的经典加密技术中，通信的内容与加密的信息都在同一网络上传输
，信息传输和保证信息传输的安全措施是一个统一完整的过程，密码系统在整个通信过
程中所占的额外成本是有限的。因此从工程角度来看，对付量子计算机未来可能的攻击
，采用改进的经典数学方法而不是全新的量子密码技术，已经成为密码界近期的共识。
因为这些改进后的新的密码算法完全可以在目前所有的计算机和通信网络上运行，现行
一切通信方式釆用这些新算法进行升级换代过程可以变得平稳、经济和切实有效。 |
