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谷歌CEO：谷歌量子计算取得重大里程碑 应用前景
皮查伊在文章中称，谷歌取得这一突破前后共花费了13年的时间。当初之所以押注量子计算，是因为谷歌相信，量子计算可以加速解决一些世界上最紧迫的问题，从气候变化到疾病。
如今，有了这一突破，人们距离应用量子计算更近了一步。例如，设计更高效的电池，使用更少的能源制造肥料，并找出哪些分子可以制造有效的药物等等。
皮查伊还将谷歌取得的量子计算突破比作第一枚火箭成功脱离地球引力到达太空边缘。当时，一些人问道：为什么要进入太空，我们又得到任何有用的东西？但这对科学来说是一个重大的创举，因为它允许人类设想一个完全不同的旅行，到月球，到火星，到超越我们自己的星系。它向我们展示了什么是可能的，并将看似不可能的事情推上日程。
以下为皮查伊文章全文：
今天，《自然》杂志刊登了创刊150周年的纪念文章，阐述了谷歌研究团队在量子计算领域取得的重大突破，即“量子优越性”（quantum supremacy）。这是一个专业术语，意思是我们已经开始使用量子计算机来解决问题，这些问题要使用传统计算机来解决，所需要的时间是不可想象的。显然，这一刻代表着我们努力利用量子力学原理解决计算问题取得一个重大里程碑。
在对未来感到兴奋的同时，我们也为取得这一成就所经历的旅程感到卑微。我们铭记着伟大的“诺贝尔奖”获得者理查德·费曼（Richard Feynman）留给我们的智慧：“如果认为你已经了解了量子力学，那么你就不了解量子力学。”
在许多方面，建造一台量子计算机的努力，是关于我们对周围世界还不了解的所有事情的一堂大课。虽然宇宙从根本上是在量子水平上运行的，但人类并不是以这样方式在体验。事实上，量子力学的许多原理直接与我们对自然的表面观察相矛盾。但是，量子力学的本性具有极大的计算潜力。
传统计算机中的一个比特（bit）可以将信息存储为0或1，而一个量子比特（qubit）可以同时为0和1，这是一种被称为“叠置”（superposition）的属性。所以如果你有两个量子比特，就会有四种可能的状态，你可以把它们叠加在一起。显然，这种计算状态会呈“指数级”增长。对于333个量子比特，会有2^333，或1.7x10^100个计算状态。你可以把它叠加在一起，允许量子计算机同时探索一个问题可能拥有的许多解决方案。
在我们扩大计算可能性时，我们开启了新的计算。为了证明其优越性，我们的量子计算机在短短200秒内成功地完成了一道测试计算。而对于传统的最强大的超级计算机，需要数千年才能完成。我们之所以能够达到如此快的速度，就是因为我们对量子比特的控制质量。虽然量子计算机很容易出错，但我们的实验表明， 它在大规模计算时较少犯错的能力足以超越传统计算机。
对于我们这些从事科学技术工作的人来说，这是我们一直在等待的“你好，世界”（hello world）时刻，也是迄今为止量子计算成为现实所取得的最有意义的里程碑。但是，从今天的实验室实验到明天的实际应用，我们还有很长的路要走；我们需要很多年才能实现更广泛的现实应用。
对于今天的这则新闻（量子计算机所取得的突破），我们可以想象当初建造第一枚火箭成功脱离地球引力到达太空边缘。当时，一些人问道：为什么要进入太空，我们又得到任何有用的东西？但这对科学来说是一个重大的创举，因为它允许人类设想一个完全不同的旅行，到月球，到火星，到超越我们自己的星系。它向我们展示了什么是可能的，并将看似不可能的事情推上日程。
这就是这个里程碑对量子计算世界的意义：一个可能的时刻。
对于谷歌来说，我们取得这一突破花费了13年的时间。2006年，谷歌科学家哈特穆特·奈文（Hartmut Neven）开始探索量子计算如何帮助我们加快机器学习。这项工作促成了我们的Google AI量子团队的成立，2014年，加州大学圣巴巴拉分校的约翰·马丁尼斯（John Martinis）和他的团队加入到我们建造量子计算机的努力中。两年后，塞尔吉奥·博伊索（Sergio Boixo）发表了一篇论文，重点阐述了我们在明确定义的量子优越性计算任务上的努力。如今，该团队已经建立了世界上第一个量子系统，超过了传统超级计算机在这种特定计算中的能力。
我们之所以做出这些早期的押注，是因为我们相信，现在也依然相信，量子计算可以加速解决一些世界上最紧迫的问题，从气候变化到疾病。鉴于自然界的量子力学行为，量子计算为我们在分子水平上理解和模拟自然界提供了最好的机会。有了这一突破，我们现在离应用量子计算更近了一步。例如，设计更高效的电池，使用更少的能源制造肥料，并找出哪些分子可以制造有效的药物。
当然，这些应用还需要很多年的时间来探索。但我们承诺，将建造这样的量子计算机，为这些发现提供动力。我们一直很清楚，这将是一场“马拉松”行动，而不是短暂的冲刺。要构建一些还没有被证明的东西，本来就没有剧本。如果团队需要一个部件，他们必须要自己发明并构建它。如果它不起作用（经常会不起作用），他们不得不重新设计和重新建造它。
一个转折点出现在2018年10月，当时南加州野火肆虐。我收到一条消息，出于足够的谨慎，他们需要关闭圣巴巴拉（Santa Barbara）实验室几天。我不知道的是，当时团队正经历一个进展缓慢的时期。但几天的强制休假帮助团队重新设置并以不同的方式思考问题，几个月后，他们取得了这一突破。
与任何先进技术一样，量子计算也有自己的问题。在思考这些问题时，我们遵循了一系列人工智能原则，这些原则是我们开发的，以帮助指导负责任的先进技术创新。例如，多年来，安全社区在谷歌的支持下，一直致力于“后量子密码学”（post-quantum cryptography）。我们乐观地认为，在未来的加密问题上，我们走在了前面。
我们将继续公布研究成果，并使用我们的开源框架Cirq帮助更广泛的社区开发量子加密算法。我们感谢美国国家科学基金会（NSF）对我们研究人员的支持，以及与美国国家航空航天局Ames研究中心和橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的密切合作。与互联网和机器学习一样，政府对基础研究的支持对于长期的科技成就仍至关重要。
量子计算对谷歌和世界未来的影响巨大，我对此感到兴奋。这种乐观情绪部分来自技术本身的属性，这可以追溯到20世纪50年代的“巨型”计算机，到今天我们利用人工智能来服务人们的日常生活。
量子计算将是对我们在传统计算机上所做的工作的极大补充。在许多方面，量子将给计算带来完整的循环，赋予我们另一种方式使用通用语言，了解世界和人类，而不仅仅在1和0中，而是在所有状态中：美丽，复杂，并且具有无限的可能性。(李明)
谷歌宣布量子霸权实现！谷歌CEO：意义堪比发明飞机
2019年10月24日 01:40
来源：DeepTech深科技
北京时间 10 月 23 日晚，《自然》（Nature）杂志在官网上放出了重磅消息：一个月前被 NASA 发表又火速撤下的谷歌“量子霸权”论文重新发表，称其是量子领域中“Hello World”一样的里程碑事件。
与此同时，谷歌 AI 量子团队也发布了一条视频，讲述其如何实现了“量子霸权（Quantum Supremacy）”。
从论文刊登的时间线上来看，谷歌于今年 7 月 22 日递交了论文，而被 NASA 发表的那天正是它被正式接受的时间。谷歌在媒体发布会上表示，NASA在内部审核时出现了失误，错把已经接受但还不应该显示的文章发布了出来，而且是初版。看来面对如此重大的研究成果，强如 NASA 也有些急不可耐。
除了副标题、格式和补充资料，论文的主体内容和结论几乎没有变化，但谷歌研究团队在评审过程中收到了很好的反馈，决定在论文中增加大量的技术细节资料作为补充，因此在NASA误发论文时选择了暂时沉默，不希望评价不完善的论文。
谷歌在论文中表示，自己已经开发出了一款54量子比特数的量子芯片，名为Sycamore，由铝、铟、硅晶片和超导体（约瑟夫森结）等材料组成，每个量子比特和临近的4个量子比特耦合。
不过，实际上执行运算的只有 53 个量子比特和 86 个耦合器，剩下的 1 个量子比特无法正常工作。
图 | 谷歌 Sycamore 量子芯片（来源：谷歌）图 | 谷歌 Sycamore 量子芯片（来源：谷歌）
通过一系列实验和计算，谷歌研究人员开发了一套高保真度的纠错流程，进而对芯片展开测试，最终得出结论，同样是对一个量子电路产生的随机数字采样 100 万次， Sycamore 芯片支持的量子计算机只需要 200 秒，同时维持很低的误差率，而世界最强超算 Summit 需要 1万年。
按照 2012 年加州理工学院量子理论物理学大牛 John Preskill 提出的“量子霸权（Quantum Supremacy）”的定义，量子计算设备可以超越经典计算设备，解决后者无法解决的计算任务。这种情况曾在 2018 年 10 月被证明理论上行得通，而谷歌的实验结果则标志着量子计算机在解决一个随机采样任务上超越了经典计算机，甚至意味着只能在量子处理器上执行的计算任务诞生。
这也是为什么谷歌论文中提到了自己“在这一特定计算任务上实现了量子霸权”，甚至乐观地表示量子处理器的计算能力或将遵从“量子摩尔定律”，计算性能每几年就翻一倍，也许离有价值的实际应用只差一个创造性的算法了。
不过，面对这样的结论，量子物理学界和产业界迅速分成了乐观派和质疑派。前者认为谷歌实现了一项伟大的科学成就，展示了一条通向可扩展量子计算的道路，狠狠地打脸那些质疑量子计算机可行性的人。
而以 IBM 为首的质疑派认为，虽然这是一个里程碑，但谷歌的实验有缺陷，执行同样的计算实验，经典计算机可能也只需要 2.5 天，远远没有谷歌所说的 1 万年那么夸张。除此之外，谷歌离真正的量子计算机还有很长的路要走，因为它执行的计算任务没有已知用途，不足以证明其通用性，而且如何实现可持续的容错运算依然是个巨大挑战（谷歌在论文中也承认了这一点）。
换句话说，质疑者认为，谷歌声称的“实现量子霸权”的言论是具有误导性的。
话虽如此，谷歌 CEO Sundar Pichai 强调此次的研究成果对谷歌来说具有“里程碑”式的意义，并将其与莱特兄弟发明飞机时的首次 12 秒成功试飞相比。研究团队也在媒体发布会上呼吁大家要有耐心，将目光放的更长远一些，更多关注于新研究中量子芯片性能和量子计算本质，而非纠结于量子霸权的实现与否，因为实现有价值的量子计算是一个耗时非常久的长期项目，需要所有人一起努力。
截至目前，谷歌已经在量子计算的项目上持续投入了 13 年的精力，但它究竟为什么要这么做，是什么驱使它投资一个理论上可能需要花费数十年才能见成效的项目呢？答案就埋藏在此次《麻省理工科技评论》对 Sundar Pichai 的独家专访中，以下便是此次访谈的内容：
图 | 谷歌 CEO Sundar Pichai（来源：MIT TECHNOLOGY REVIEW）
麻省理工科技评论：根据论文，谷歌目前已经在特定运算上实现了“量子优势”，胜过了经典计算机，那你们离在真正意义上实现“量子霸权”还有多远？
Sundar Pichai：答案很简单，我们需要一台能容下更多量子比特且容错的量子计算机，以便运算更复杂且通用的算法，但就像你所知道的，任何领域都是在一次次“突破”中从无到有，拿飞机来说，莱特兄弟当时发明的第一架飞机仅在空中飞行了约 12 秒钟，其设计在生活中并没有任何实际应用，但它确实证明了飞机的概念是可行的，在这一点上量子计算也不例外。
麻省理工科技评论：除了谷歌，许多其它公司也有自己的量子计算机，比如 IBM 还为人们提供了在云端使用其量子计算机的服务，但为什么它们的设备不能完成此次谷歌所成功完成的运算呢？
Sundar Pichai：关于这个问题，我能说的只是为何谷歌的团队能完成这一运算。构建量子计算机是一个极其复杂的工程，我们团队从晶圆和制造逻辑门开始，一层层地制好芯片，然后用 AI 技术对运算进行模拟，在每次测试中都一点一点地精益求精，才换来了此次的研究成果。
麻省理工科技评论：论文的结尾部分有这么一段话，“我们离实现具有实际应用意义的成果仅差一种具有创新性的算法”，这段话我们该如何解读？
Sundar Pichai：其实量子计算真正令人兴奋的地方在于，根据已有的物理理论，我们所处的宇宙在最根本的层面上遵循量子法则，因此早期的量子计算应用能帮助我们更好地了解宇宙的工作方式，并在后来逐渐实现能按量子物理对分子和分子间作用进行精确模拟，在医学和碳排放治理等涉及化学的重要研究领域发挥作用，比如对哈伯法 Haber Process 进行更为深入的研究（对 Haber Process 进行更为深入的研究将能帮助科学家找到降低化学肥料在农业生产中所产生的碳排放的方法，目前农业生产中的施肥活动所产生的碳排放占全球总量的约 2%）。
麻省理工科技评论：你觉得我们离一个能解决 Haber Process 问题的量子运算方法还有多远？
Sundar Pichai：我认为是 10 年左右，我们仍需要一段时间来研究如何才能构建出性能更优的量子计算机，到时不光是 Haber Process，一台通用量子计算机还能解决许多其它问题，比如帮助科学家们找到更为高效的电池设计方案。简而言之就是，凡是与化学有关的地方，量子计算机都能派上用场，而这也正是我们为何会多年以来一直坚持进行我们的量子计算项目，并在未来继续为此投资。
麻省理工科技评论：即使是在量子计算业内，也有人认为量子计算技术会像核聚变一样，在未来的五十年里陷入发展停滞，为何这样一个听上去仿佛“深不见底”的发展之路会让你看上去如此兴奋？
Sundar Pichai：如果没有近些年来电脑计算领域的持续发展，就没有今天的谷歌。业界遵循着摩尔定律发展，使我们能为数十亿用户提供稳定的服务，而我们也因此将自己视为一家计算科技公司。虽然人们的看法各有不同，但我们认为摩尔定律很快就会失效，而量子计算就是我们想在此过程中所取得的进展之一。
麻省理工科技评论：你在 2012 年看到 AI 能从零开始自己学会识别猫的图片时曾说，“这种技术或许在未来会扩大发展规模，并帮助我们理解宇宙的运行方式”，你认为量子计算是否跟 AI 技术一样重要呢？
Sundar Pichai：那是肯定的，能实现在实验室中操控量子位并维持叠加态对我来说具有重要意义，因为我认为自然界最根本的运行法则与量子力学有关。我们的成果打开了通往许多可能性的大门，而这是以前任何人都没实现过的。
（来源：MIT TECHNOLOGY REVIEW）
麻省理工科技评论：量子计算或许还需很长时间才能被真正实现，那么，你是如何在谷歌这样习惯了高速发展的公司里对该技术保有耐心的呢？
Sundar Pichai：就像你所知的，我目前正与我们的首席硬件科学家 John Martinis 共同领导我们的量子计算团队，我在 26 年前曾因觉得自己没有足够的耐心而放弃攻读材料学的博士学位，所以我很感谢所有在团队中一路坚持下来了的成员，但所有的重大科技进展都是如此，突破都是源于数十年的辛苦研究，所以你不得不对这些最前沿的技术发展保有耐心并看的长远一些。
我之所以如此激动，是因为像此次的成果这类具有“里程碑”式意义的进展正在使该领域不断进步，这就好比从 1997 年的 Deep Blue 击败 Garry Kasparov，再到2016 年的 AlphaGo 击败 Lee Sedol，AI 技术经历了很长时间的发展和沉淀才最终让世人觉得“喔，AI 技术真的起来了”，而这些突破也正是人类正在不断进步的体现之一。
拿我们自己的系统工程来说，从多层构建到用于深度学习的 TPU，我们算法的运行速度得到了质的提升，登月也是一样，虽然一开始乍看上去这一成就并没什么其它的实际应用，但其中所涉及的技术进步都会在后来开花结果。
麻省理工科技评论：你们目前在量子计算上投入了多少资源？
Sundar Pichai：我们团队跟其它公司或机构比起来应该说是相对较小，公司对这一项目已经持续投资多年，许多成果都是基于此前谷歌所产出的研究，公司对项目本身也有着长远的规划。
麻省理工科技评论：谷歌和 IBM 在实现量子计算的做法上有什么区别？
Sundar Pichai：IBM 将其设备以云的形式开放确实很棒，这能吸引很多其他项目外的开发人员。我认为我们的团队也一直在确保我们一直处在量子技术发展的前列，以助力实现真正通用的量子计算。
麻省理工科技评论：IBM 曾表示“量子霸权”一词具有误导性，认为量子计算机并不会在所谓问题上都比经典计算机好，二者会在未来协作解决问题，并称谷歌对此次所取得成就有夸大其实的嫌疑，你怎么看？
Sundar Pichai：答案其实很明显，因为业内谁都知道“量子霸权”是什么意思，但此处有争议的点在于量子计算机是否会像许多人所想的那样取代经典计算机。我认为这与人们之前庆祝 AI 上的进展类似，有很多人都曾误以为深度学习技术就是通用型 AI，这也正是我们发表成果的原因，对我们的研究进行解释并帮助人们更好地了解我们目前离通用型量子技术还有多远。
麻省理工科技评论：AI 技术在很多领域为谷歌开辟了新的服务内容，如翻译和语音服务，谷歌在云端为开发者提供工具（AI 框架 TensorFlow），营造了一个 AI 工具开发社区，并为工具开发者提供专属芯片服务（如 TPU）来帮助开发者对工具进行测试，谷歌对未来量子计算的规划是否与此类似？
Sundar Pichai：那是肯定的，就拿 AI 来说，我们在认清深度学习这个方向前就已经对该领域进行投资和研发了。顺便一提，你刚才所提到的谷歌 AI 应用其实是在向全球用户提供服务，开发者社区所开发的工具也是一样，我们很重视 AI 技术的“民主性”，会不断努力让越来越多的人都能访问并使用 AI 技术，而量子计算也是如此。
麻省理工科技评论：你觉得量子计算是否会对 AI 的发展构成影响？
Sundar Pichai：我认为两者间存在着很强的共生关系，二者都还处于早期发展阶段，无疑二者将会在未来更进一步的发展中更加互相渗透，比如 AI 可以被用来加速量子计算，而量子计算又能被用来加速 AI 算法，我认为只有将二者深度结合才能产出真正的果实，并助力解决包括气候变化在内的许多急需解决的棘手问题。
麻省理工科技评论：你刚才提到 AI 民主化，谷歌曾在 AI 问题上引发过一些争议，比如谁有权使用以及 AI 工具应该被怎样使用，你在处理这些争议的过程中学到了什么，是否有引发一些你对量子计算技术的思考？
Sundar Pichai：在当前阶段下，及时发布成果，并确保学界内的相互沟通非常重要，谷歌也在积极参与。我们已经发布了全面的 AI 原则，而在你刚才提出的争议领域，谷歌已经在过去几年内就这些争议发表了 75 篇研究，我们将持续坚持并积极参与 AI 技术道德规范准则的建立。
我认为许多领域都需要适当的监管，我们希望能在相关立法和建设工作中起到建设性作用。此外，监管和准则还需经历一个外部反馈的过程，考虑到这些都是会深刻影响社会发展的技术，没有人能真正说出谁对谁错，解决这类问题没有捷径，行业必须在未来的数十年里继续共同努力，协作发展。
麻省理工科技评论：谷歌可能会根据 AI 原则不对某些特殊应用方向开发工具，但谷歌的开发平台却允许人们开发任何他们想要的 AI 工具，这两者间难道不矛盾吗？
Sundar Pichai：AI 技术能被安全妥当地使用是我们最重要的开发原则之一，人们会想要将 AI 用于测试及提升系统的安全性，这是所有新技术的特点，量子计算也不例外，既然量子计算能破译普通秘钥，就会有人开发新一代的量子加密技术，这与我们构建了搜索引擎技术就得解决虚假链接问题一样，都是相辅相成的。
开发新技术所伴随的风险断然是高的，但对于其中的一部分，我们或许能通过采用“正确的发展道路”来避免，而能帮助我们实现这一效果的途径就是全球管理统一化和详尽的道德协议。我们明白，对于我们所开发出的技术，我们不仅需要对它们负责，更要用这些技术来维护全球安全并助力民主发展，在这一点上，我们会与其它组织和机构共同努力。
麻省理工科技评论：是否还有其它的技术，让你像对 AI 和量子计算一样十分感兴趣？
Sundar Pichai：作为人类社会的一员，我认为我们目前十分需要更为激进和有效的清洁能源生产方式，而我也对所有这些新兴技术怎样结合有着浓厚的兴趣。在医疗保健领域，我认为我们将在未来十年内迎来重大突破，设想未来的医疗系统和手段会怎样基于成熟 AI 算法变得更高效，也同样能令我激动不已。
中国科技大学京沪干线量子密码传输所谓量子通信的领头人潘建伟评论谷歌在量子计算的量子优越性上的突破：
“2019年10月23日，谷歌在持续重金投入量子计算13年后，成功摘取量子计算领域的一个重要里程碑：实验证明“量子优越性”，在特定任务上，量子计算机可以大大超越经典计算机的计算能力了。虽然，费曼在38年前就提出了量子并行计算的概念，但是，这个第一次真正确信无疑地演示这种超级计算能力，花费了全世界科学家们几十年的努力。有国际专家把这个成果比喻为莱特兄弟的首飞，虽然当时的飞行器非常简陋，飞行只持续了12秒，完全没有实用价值，但是这预示了一个新技术时代即将到来的曙光。
应该指出的是，谷歌的阶段性实验绝不是终点，而是一个起点。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指出，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，这一阶段性目标将在近期实现；第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统；第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，还需要全世界学术界的长期艰苦努力。” ”
——中国科学技术大学 潘建伟
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