如何看待北大涂传诒院士等人质疑「九章」:不是量子计算机、没有实现「量子霸权」?应该如何正确认识?

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知乎用户 墨子沙龙​ 发表

目录

国际学术界对于 “量子计算机” 的定义和词汇使用

“九章” 实现量子计算优越性的科学意义

国际科学媒体对 “九章” 的报道

中国科大的新闻通稿和科普努力

质疑文章对部分专业概念的理解偏差

对量子计算和玻色取样的理解存在偏差

涂先生和部分科学爱好者吐槽:“九章 1+1=2 都算不了。”

后记:名字重要?还是解决问题能力重要?

2020 年 12 月,中国科学技术大学(以下简称 “中国科大”)潘建伟团队在《科学》(Science)期刊发表题为 “利用光子实现量子计算优越性”(Quantum computational advantage using photons)的研究论文。该工作受到了几乎所有知名国际科技媒体的报道,在推特上阅读量超过 600 万,也在国内引发了热议。

其中,空间物理学专家、北京大学涂传诒院士多次在公众号发表质疑文章。此外,网络上也出现了诸多科学爱好者的各种评论。为了澄清相关概念,提供一个开放的科学讨论平台,“墨子沙龙”、“知识分子” 联系了涂院士获得了其质疑文章的转发权限,并邀请了陆朝阳潘建伟教授就相关疑问进行回复,一并刊登,以飨读者。


原文标题:“九章” 作者对涂传诒先生等若干网络评论文章的回复

作者:陆朝阳、潘建伟

构建 “九章” 光量子计算原型机并实现量子计算优越性的论文正式发表后 [1],短短时间内在美国《科学》网站的全文阅读量已经达到 26 万次。这个工作不仅吸引了量子计算领域同行的广泛关注,也引发了其他领域学者和社会公众的兴趣。

例如,研究 “空间物理学、太阳风湍流、太阳风动力学与日球层物理” 的北京大学涂传诒院士多次在公众号发表质疑文章,长期多次来信与我们交流,并发函至中国科学院发表意见。涂传诒院士主要有两个质疑:

  1. “九章” 不是量子计算机,没有实现量子计算优越性。[2]
  2. “九章” 论文和中国科大的新闻稿使民众误认为实现了通用量子计算机。[3]

笔者非常感谢涂先生对我们工作的关注,对于他的质疑,我们给出如下回答:

  1. 根据量子信息领域国际学术界长期确立的定义和共识,“九章” 毫无疑问是光量子计算机。根据严格的计算复杂度证明、实验数据论证、国际评审以及广泛的同行评价,“九章” 在目前最好的理论框架下,明确无误地实现了量子计算优越性。
  2. “九章”论文和中国科大的新闻通稿都清楚地表明了 “九章” 实现了量子计算三个里程碑中的第一个里程碑 “量子计算优越性”。凡是认真阅读过九章论文和新闻稿的读者,都不会误解“九章” 是通用量子计算机。

结合其他流传的网络评论文章,笔者分析了引起质疑的原因,认为可能是由于涂先生和部分科学爱好者对于量子计算和玻色取样的专业概念的理解存在偏差。对此,我们在如下回复中进行了详细阐述。

国际学术界对于 “量子计算机” 的定义和词汇使用

2010 年,六位在不同物理系统上(光学、超导、离子阱、固态等)研究量子计算的资深专家在《自然》(Nature)杂志上发表了题目为 “Quantum computers”(量子计算机)的综述论文[Nature 464, 45 (2010)],文中第一句话就定义了量子计算机:“量子计算机是一个利用多粒子量子波函数的复杂性来解决计算难题的机器。”(“a quantum computer: a machine that would exploit the full complexity of a many-particle quantum wavefunction to solve a computational problem.”)维基百科(quantum computing 词条)上对量子计算的定义为:“量子计算是指利用相干叠加和纠缠等量子现象来执行计算。”(“Quantum computing is the use of quantum phenomena such as superposition and entanglement to perform computation.”)在这一定义下,“量子计算机” 已经被国际学术界长期使用。

据不完全统计,1998 年以来(当时量子计算实验技术刚刚起步,只能做两个物理比特和最简单的实验演示),包括 David J. Wineland(因为量子计算等获得 2012 年诺贝尔物理学奖)、Peter Zoller(2013 年沃尔夫物理学奖)、Anton Zeilinger(2010 年沃尔夫物理学奖)、Rainer Blatt(美国科学院院士)等在内的国际量子计算研究先驱在他们利用原子、离子、核磁、光子等开展量子计算实验研究的文章题目中就已经醒目地使用 “quantum computer”(“量子计算机”)一词。列举几个例子:

●Hansen, et al. Implementation of a quantum search algorithm on a quantum computer. Nature 393, 344 (1998).

●Wineland, et al. Experimental Primer on the Trapped Ion Quantum Computer. Fortschritte der Physik, 46, 363 (1998).

●Blatt, et al. Implementation of the Deutsch–Jozsa algorithm on an ion-trap quantum computer. Nature 421, 48 (2003).

●Zeilinger, et al. Experimental realization of Deutsch’s algorithm in a one-way quantum computer. PRL 98 140501 (2007).

●Blatt, et al. Deterministic entanglement swapping with an ion-trap quantum computer. Nature Physics 4, 839 (2008).

●Zoller, & Blatt, et al. Real-time dynamics of lattice gauge theories with a few-qubit quantum computer. Nature 534, 516 (2016)。

“九章”论文经过正常的国际同行评议,发表在《科学》期刊上。论文的摘要里就明确指出 “The photonic quantum computer, Jiuzhang, generates up to 76 output photon…”(这一光量子计算机,九章,产生了高达 76 个输出光子……)。所以,涂先生说的“量子计算机这一说法没有出处” 显然与事实不符。

综上,“九章” 光量子计算机这一名词的使用完全符合国际学术界长期建立起来的规范和标准的定义。

“九章” 实现量子计算优越性的科学意义

“九章” 的最重要科学贡献是首次显示了基于光子的量子计算机在特定问题求解方面超越了最强大的超级计算机(根据目前最好理论,快一百万亿倍),使我国首次利用光子体系达到量子计算优越性里程碑。在现代科学高度细化的今天,即使是同一个大领域的学者也无法很快详细了解一个子方向的细节和物理意义。因此,现代科学的通行规则是由专业的小同行来进行学术评价。“九章” 的文章题目是 “Quantum computational advantage using photons”,就清清楚楚地宣称了 “利用光子实现量子计算优越性”,这一宣称是经过严格的国际同行的匿名评审的。“九章” 论文在线发表三个月,这一宣称已被包括来自哈佛、普林斯顿、斯坦福、牛津、耶鲁、MIT、NIST、ETH 以及谷歌、微软、IBM 等单位的国际同行正面引用 90 余次(Google Scholar)。这里仅举几个同行评价的例子(更多材料请见文后附件):

● 来自哈佛大学、麻省理工学院、英国帝国理工学院、加拿大多伦多大学、新加坡国立大学等的 15 名国际知名学者应邀为《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)誊写的预印本论文中(arXiv:2101.08448,第 4 页),提到 “除了谷歌之外,另外一个量子计算优越性实验由潘建伟小组完成,他们利用‘九章’光量子计算机完成了高斯玻色取样任务”(“An additional quantum advantage experiment was carried out by Jian-Wei Pan’s group using a Jiuzhang photonic quantum computer performing Gaussian boson sampling (GBS) …”)。

● 瑞典皇家理工学院的 Val Zwiller 教授在《Advanced Photonics》期刊发表评述文章,评价:“在超导和光子系统中实现量子计算优越性可以被看作是第一个人造卫星 Sputnik 时刻,如同 20 世纪的太空竞赛一样,量子竞赛正在形成,而新技术将释放巨大的优势。主要的应用还有待发明,就像在 Sputnik 时代,全球卫星定位系统 GPS 还没有被设想过一样。”(“Demonstrations of quantum computational advantage in superconducting and photonic systems can be seen as a Sputnik moment where, much like for the space race in the 20th century, a quantum race is taking shape where new technologies will unleash massive advantages. The main applications remain to be invented, much like the GPS had not yet been imagined in the days of Sputnik.”)Sputnik 是苏联发射的首颗人造卫星,预示了太空时代的开始。虽然 Sputnik 没有实用的功能,只会绕地球旋转发出周期性的 “哔哔” 的声音,但是它首次展示了人类探索太空的能力。

● 麻省理工学院教授 Dirk Englund 在接受媒体采访中评价:“这是一个划时代的成果。这是开发这些中型量子计算机的里程碑。”(“This is a momentous result. It’s a milestone in development these intermediate scale quantum computers. ”)

综上,根据国际专业评审以及广泛的同行评价,“九章” 在目前的理论框架下明确无误演示了量子计算优越性,该工作的重要性获得了国际学术界的高度评价。

国际科学媒体对 “九章” 的报道

“九章” 论文发表之后,在《科学》网站的全文阅读量已经达到 26 万次(一般发表在《自然》和《科学》上的物理类论文全文阅读量同期平均大约是三千次),在推特上阅读量超过 600 万,被包括《自然》、《科学美国人》、《新科学家》等在内的百余家国际科技媒体积极报道。举几个例子(全文和更多报道请见附件 [4]):

●《自然》新闻 – 中国物理学家向谷歌 “量子计算优越性” 发起挑战:光量子计算机实现经典计算机永远无法完成的运算。

(Nature News – Physicists in China challenge Google’s’quantum advantage': Photon-based quantum computer does a calculation that ordinary computers might never be able to do.)

●《科学美国人》– 光量子计算机超过全球运算最快的经典计算机。

(Scientific American – Light-Based Quantum Computer Exceeds Fastest Classical Supercomputers.)

●《新科学家》– 测量光的量子计算机实现量子霸权。

(New Scientist – A quantum computer that measures light has achieved quantum supremacy.)

●《科学新闻》–“九章” 新型光学量子计算机实现量子霸权。

(Science News – The new light-based quantum computer Jiuzhang has achieved quantum supremacy.)

中国科大的新闻通稿和科普努力

一方面,国际学术界和国际媒体广泛使用 “量子计算机” 标题对 “九章” 进行了报道并给予了高度赞誉;另一方面,考虑到国内舆论环境、创新氛围不同,部分领域的学者对于科技创新的新名词可能抱有非常传统和保守的态度,为了避免引起外界的过度解读,中国科大课题组努力采取了更加中性的表述:

首先,为了避免论文被误读为容错的通用量子计算机,“九章” 论文前言明确指出:“建造可以用来运行 Shor 算法的容错量子计算机还需要长期的努力”(Building a fault-tolerant quantum computer to run Shor’s algorithm, however, still requires long-term efforts)。

其次, 尽管先前谷歌和媒体用了 “量子霸权”(quantum supremacy)一词来报道谷歌“悬铃木” 的工作,中国科大课题组为了避免 “量子霸权” 一词带来的潜在的政治风险和不必要的炒作,在论文和新闻通稿中都采用了更中性的 “量子计算优越性”(quantum computational advantage)一词。

第三, 在新闻通稿中特意用了 “量子计算原型机”(prototype)的称呼,以此强调还处于实验室研究阶段,离实用化还有距离

第四,**为了避免公众和媒体误读为已经实现了通用量子计算机,新闻通稿特别给出了量子计算发展的三步走的里程碑,并明确指出 “九章” 工作和谷歌的 “悬铃木” 一样是第一步,而容错通用量子计算机是第三步。**发布在中国科大主页的新闻通稿相关阐述部分如下:

对于量子计算机的研究,本领域的国际同行公认有三个指标性的发展阶段:
(1). 发展具备 50-100 个量子比特的高精度专用量子计算机,对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解,实现 “量子计算优越性” 的里程碑。
(2). 通过对规模化多体量子体系的精确制备、操控与探测,研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机,用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题(如量子化学、新材料设计、优化算法等)。
(3). 通过积累在专用量子计算与模拟机的研制过程中发展起来的各种技术,提高量子比特的操纵精度使之达到能超越量子计算苛刻的容错阈值(>99.9%),大幅度提高可集成的量子比特数目(百万量级),实现容错量子逻辑门,研制可编程的通用量子计算原型机。

第五,在论文结果闭门介绍会上,中国科大邀请了部分媒体记者和课题组成员进行了当面交流,力求宣传报道准确严谨。官方发布的新闻通稿的科学解读强调了三步走的里程碑,明确指出该实验是第一步。

第六,尽管做了上述努力,在复杂多变的信息传播过程中,依然不可避免地出现了一些对相关工作了解不够的媒体和个人公众号的过度解读。中国科大课题组一贯反对科技宣传的浮夸风,为澄清相关科学概念,课题组成员潘建伟和陆朝阳主动参加了 “知识分子” 等媒体组织的线上直播(点击量超过两百万),以科学积极的态度回应公众和经典计算领域相关专家的争议

如上所述,量子计算机是量子力学诞生之后国际学术界形成的对计算的更深刻的定义,是被国际同行广泛认可的。在线上直播中,为了更好地向经典计算领域的专家解释相应部件的原理,如果非要套用经典计算机的定义,课题组成员借用了更加细化的称呼 “专用量子计算机”、或者和 CPU(经典计算机的核心:中央处理器)对应的 QPU(“量子处理器”)。显然,这些说法丝毫不削弱工作本身的重大科学意义,也不应该被断章取义。

质疑文章对部分专业概念的理解偏差

对量子计算和玻色取样的理解存在偏差

在多篇公众号文章中,涂先生的一个主要观点是:“九章”解决的玻色取样不是计算过程,因而不能显示光量子计算的优越性。首先,如前所述,根据国际学术界长期建立的对 “量子计算机” 的科学定义和广泛使用,“九章”毫无疑问是光量子计算机。其次,关于 “玻色取样” 这一抽象问题的理解,涂先生的主要理解偏差在于认为它“不能求解任何事先给定的数学问题”、“不是对任何事先给定的数学函数给定的输入值为求输出值而设计的。玻色采样是相干子通过光子干涉仪的物理实验,输入光子是非高斯分布,而输出光子是高斯分布。”

确实,非本专业的学者希望在很短时间内理解抽象的玻色取样参考文献(包括 110 页的包含大量数学推导的 Aaronson-Arkhipov 2013 原始论文)是比较困难的。事实上,

(1)玻色取样是一个非常清晰定义的有输入输出的计算过程:给出一个事先给定的

的幺正矩阵,计算任务就是由经典计算机和量子计算机给出和该矩阵的积和式 (Permanent) 相关的输出样本(可参阅牛津大学课题组发表的 Science 339, 798 (2013)论文的第三段)。计算积和式是一个典型的 #P-hard 问题,随问题规模变大需要指数量级的计算时间。

(2)正因为玻色取样是一个定义清晰的数学问题,因此被国际学术界公认为是用来证明量子计算优越性的理想算法,如 2017 年发表在 Nature 549, 203-209 的文章 “量子计算优越性”(Quantum computational supremacy) 所大篇幅论述和明确指出的。

(3)涂先生对非本专业的量子光学概念存在一些误解,例如,玻色取样输入的不是 “相干子”(否则计算过程就变得非常简单了),而是非经典的全同单光子或者压缩态,输出光子也不是 “高斯分布”,而是由该矩阵积和式决定的一个复杂分布。

涂先生和部分科学爱好者吐槽:“九章 1+1=2 都算不了。”

通过调节硬件设置,“九章” 很容易可以计算 1+1=2,但是这无异于杀鸡用牛刀。事实上,涂先生和少数网民指出来的是 15 年前领域的发展水平

2005 年,中国科大研究组首次实现了独立光子之间的非破坏性控制逻辑非门 CNOT(PRL 94, 030501),利用 CNOT 就可以实现加法器。2007 年,在此基础上,研究组演示了最简单的大数分解算法例子,把 15 分解为 3 乘以 5(PRL 99, 250504),该工作被美国物理学会、《新科学家》等报道,入选了 “中国基础研究十大进展” 和“中国高校十大科技进展”。这些工作是国际上最早利用光子比特开展的通用量子计算研究。但是,如新闻通稿里面路线图指出的,这个方向还需要长期努力,做到几百万个高保真度量子比特才能体现量子优势。所以,量子计算领域的专家一直在设计更巧妙的计算路径。“九章”就是其中一种。

量子计算研究的核心目的是,对于一些经典计算机难以求解的问题,利用量子叠加和纠缠的原理,提供新型高效的解决方案。量子计算机面向的任务不是简单的加减乘除、文字输入等,而是高复杂度的大数分解、量子化学、面向大数据的人工智能等。例如,“九章”用来解决的是高斯玻色取样这一和计算复杂度理论中的 “#P-hard” 相关的难题,并由此为排除 “扩展丘奇 - 图灵论题” 提供了实验证据。为了更便于理解,我们举一个贴近生活的例子。如同量子计算机的研究是为了解决传统计算机难以求解的问题,汽车、飞机和火箭的产生也是为了突破先前传统交通工具难以企及的界线。但是,人们不会追求 “大而全” 而要求飞机要载人散步爬楼梯,等等。

另外,对于民科臆想的一些驳倒 “九章” 的令人啼笑皆非的点子,诸如用手电筒在装满镜子的屋子里乱照一通来超越经典计算机、用大型高尔顿板来超越经典计算机,感兴趣的读者可以参阅中国科学院科学传播研究中心副主任袁岚峰的一篇科普文章(量子计算机不是计算机?键盘侠们会对美国这样说吗?)。

明显地,根据严格计算复杂度证明、实验数据论证、国际评审以及广泛的同行评价,“九章” 量子计算机在目前最好的理论框架下,明确无误地实现了量子计算优越性。事实上,对于严肃的学术质疑,已经有标准的国际规范,如果有不同的见解,任何人都可以往 Science 投稿一篇 Comment 学术论文,进行同行评审,引起量子计算学术界的关注。例如,谷歌于 2019 年利用超导量子计算芯片 “悬铃木” 实现量子计算优越性的论文就曾被 IBM、阿里巴巴,以及最近中科院理论物理所的同行评论,相关学术论文发布在 arXiv,以严谨的论证和算法创新极大地挑战了谷歌的实验。到目前为止,“九章” 实验没有受到正式的专业的小同行的严肃质疑,这也使得部分国际专家认为 “九章” 是目前唯一保持量子优越性的工作

中国科大研究团队非常欢迎严谨科学的学术质疑,正如新闻通稿写的:“研究人员希望这个工作能够激发更多的经典算法模拟方面的工作,也预计将来会有提升的空间。量子优越性实验并不是一个一蹴而就的工作,而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争,但最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。”

后记:名字重要?还是解决问题能力重要?

最后,笔者觉得,叫什么名字是不重要的,重要的是能干什么。套用一句名言:“解决问题的能力是评价量子计算的唯一标准。” 对于广大民众,想要了解科学,要有科学的思维,一定要分辨清楚科学关心的是什么?对于量子计算来说,我们关心的是有没有超越人类当前操纵物质世界的能力?能不能更高效地算清楚更多的东西?造出一个利用全新的原理允许的计算装置,并具备超越经典计算机解决问题的能力,是核心科学目标。如果非要咬文嚼字,很多科技创新就会陷入被旧认知口诛笔伐的境地。太空飞船一定要是在水里游的船吗?机器 “人” 一定要按照原来的 “人” 的标准来定义吗?原子 “弹” 非要遵循常规子弹的条条框框吗?分子 “马达” 必须长得符合普通大众对马达的固有印象吗?

笔者再次感谢涂先生对我们工作的关心和对我们实验的高度评价。正因为我们非常敬佩他认真的态度,本着求真的精神,我们也非常认真地指出他并没有完全理解该实验涉及到的量子计算知识。当然,这是非常正常和普遍的现象。回顾科学发展史,包括量子力学在内的许多新概念和技术在其产生的初期,都不被包括许多知名科学家在内的学界和公众理解,而往往都需要一定的时间才被逐步接受和广泛认可。量子信息科学从本世纪初在国内甚至被认为是伪科学,到目前成为几乎所有发达国家的重大战略,该领域也是一直在质疑声中不断成长和被接受。在这个过程中,我国已经逐步取得了在量子通信领域领跑和在量子计算领域并跑的公认的国际地位。我们会继续充满着极大的感恩、耐心和信心,努力取得更好的成绩回馈社会。

参考

  1. ^Quantum computational advantage using photons;中国科学家实现 “量子计算优越性” 里程碑 https://news.ustc.edu.cn/info/1055/73418.htm
  2. ^ 杂谈|是量子计算,还是光学实验?(微信公众号 “pku 空间所”,2020-12-21) http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5NDE0NTQ0NA==&mid=2653315319&idx=1&sn=afe38238287ad7aefeb69255da014bee&chksm=f7b59c3cc0c2152a150b251af6d9f88cf1ac911d150d1f47f5d4dcdc281876146c6aa1604054&scene=21#wechat_redirect
  3. ^ 对 “九章 - 光量子计算机” 的理解 (微信公众号 “pku 空间所”,2021-3-11) http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5NDE0NTQ0NA==&mid=2653315570&idx=1&sn=b2c5fc87a71405f824f0817cfc1b2a33&chksm=f7b59d39c0c2142f0904ee920fb99f3e55a9e6ed2c0af48d6d8f1d6efb709e9b8ad0eba6eebe&scene=21#wechat_redirect
  4. ^ 附件 提取码:vmpx https://pan.baidu.com/s/1bxK4MSp6l1vR4dN_7-ipdw

知乎用户 匿名用户 发表

谢邀

我觉得他可以和 science 的编辑 argue 一下

这个你说它是量子计算机也可以,因为的确有量子比特,以及量子门操作,有纠缠作用,说它是光学实验也没错,因为确实是在光学平台上做的。条件都满足,就看你怎么给它起名字了,在这里争论这个意义不大

知乎用户 本来科技​ 发表

首先一定要强调一下,公众号『pku 空间所』质疑者不是一般的公众号『小编』,而是绝对受过专业科研训练且取得重要科学成就的中科院院士、北京大学教授涂传诒。

但涂传诒老师既不是做理论计算的,也不是做量子计算或计算机科学的,而是做空间物理学、地球物理方面的大专家。

这种『跨同行』的『评议』是否可信,或者换一种说法,『跨同行』的专家质疑,是否『八竿子打得着』?

我主要回答这部分。

照例开篇啰嗦几句

要说『打得着』,好像有点问题。因为『隔行如隔山』,涂老师任你在空间物理方面多么权威,但不好意思,您不是量子计算或理论计算领域的专家,『妄议』隔着好几层的专业来评价——而且是完全的负面评价(涂老师主要两个结论,第一,『九章』只是一个光学实验,称不上是『量子计算机』;第二,『九章』并没有验证『量子优越性』),似乎不妥,而且结论是否站得住脚,尚需斟酌。

要说『打不着』,好像也有点问题。为什么?涂老师虽然不是『造计算机的人』,但涂老师绝对是『用计算机的人』。从一个使用者的角度来说,声称『验证了量子优越性』、远超经典计算机一百万亿倍的『九章』,在涂老师的面前,它既不能为空间物理等的计算带来什么改变,也无法看到未来用到量子计算机的希望。从这个角度,好像涂老师置评『九章』,给世人提供一个观察『九章』的视角,未尝不可。

那么在这样『两难』的情况下,我们只好看涂老师的质疑,是出于『公心』还是『私利』,是『讲道理』还是『泼脏水』了。如果是出于『公心』,那么即便质疑错了,我们也应该给涂老师点赞,因为科学需要质疑;如果是『泼脏水』,那涂老师再权威,其质疑也站不住脚了。

质疑一:『九章』只是完成光学试验,而非量子计算

涂传诒老师的这篇质疑文章很长,我认为值得所有对这个问题感兴趣的朋友们去细心读一读。我在这里,将涂老师主要质疑的两个点列一下。

第一,涂老师认为,『九章』只是完成了一个专用的玻色取样试验过程,各个中间过程中,都是真实发生的物理过程,这些物理过程都是『玻色取样』要求的。最后模拟的结果也是真实物理过程的一个统计。而整个过程没有引入任何基于物理规律的计算。这显然是一个物理实验过程,而不是任何计算过程。因此,『九章』实验可以看做是光量子模拟实验,但它与量子计算机的数值模拟计算没有任何关系。

所以涂老师的第一个结论是:『九章』是量子模拟器,而不应该叫做量子计算机。

在这一结论的论证过程中,涂传诒老师特别研读了潘陆两位老师等人在《自然》杂志发表的文章,这篇文章有一点问题:文章的正文明确了他们所做的是实验,而不是计算;但在文章的标题中,却大字书写成 “Quantum computational advantage using photons”,(用光子实现量子计算的优越性),且在摘要中介绍他们的实验装置是 “The photonic quantum computer”(这台光量子计算机)。

涂老师感到不解:既然标题和摘要中讲到『光量子计算机』,那么为何在正文中没有任何对这一名词的解释(摘要中出现的这一名词是全文唯一的出现)?如果没法给出定义和说明,那么说实验装置是『光量子计算机』,就是『武断』,没有根据。

如此,既然定义都是没有根据的,『九章』就是『「九章」量子计算机』,『高斯玻色取样的实验』就是量子计算就是混淆概念了。涂老师讲到这里的时候强调,『科学家可以造出普通人不懂的新词汇,但是科学家不能改变通常语言的习惯和含义。』

那么,将来的量子计算机有没有可能是由一套光学设备组成的?涂老师认为『当然』,只不过,就像电子在电子计算机半导体器件中经历的物理过程与计算机计算的课题没有关联一样,光子在光量子计算机中所经历的物理过程也应该与计算任务要描述的物理过程没有关联。

也就是说,计算机是通过计算来求得解答的,而不是通过直接的实验来求得解答,后者是专门物理模拟实验设备,而不是计算机如果计算任务是模拟计算鸡蛋的生成过程,我们不能找一个鸡下个蛋就算是解答问题了,更不能定义这母鸡下蛋过程就是计算过程,也不能定义这母鸡就是计算机。

质疑二:『九章』与超级计算机速度的比较没有意义

先说结论,涂传诒老师认为这一速度的比较是没有意义的。

涂老师重点谈了 3 方面的内容:

1. **要比较两种车速度的快慢,他们必须跑相同的路线。**像波色采样这样的实验,并不是适合比较的课题。『九章』通过物理过程来实现的速度,因而是物理模拟实验的速度,不能与任何计算机数值模拟的速度比较。

2. 如果要比较,『九章』也完成不了目前超级计算机甚至一般计算机所能完成的最简单的计算任务。这不是因为『九章』没有计算能力,而是因为这样的比较没有意义。

3. 潘陆两位老师在《科学》上发表的实验,在前人基础上更好地实现了 Scott Aaronson 和 Arkhipov 提出的 “玻色取样” 量子模拟系统,能够显示量子系统的复杂性,这使得学术界是在认识上前进一步。

综合以上,涂传诒老师给出了他的视角观察之下对『九章』成果的评价:

《自然》这篇文章报告了一个最先进的、人们梦寐以求的和技术挑战非常巨大的实验。但是该文的表述,混淆了『实验』与『计算』的概念,该文提出的『其用光子做的实验就是量子计算, 比起当代超级计算机有优越性』, 引起争议。撰文认为其光学实验与量子计算无关,其实验设备不是量子计算机,不能与电子计算机比较, 不能显示量子计算的优越性(霸权)

看到涂院士质疑之后谈点想法

涂传诒老师作为中科院地学部的院士,去质疑中科院信息技术科学部潘建伟院士及其弟子成果的表述及宣传,这种事情在科学领域并不多见。

——这里请注意,涂老师质疑的是对成果的表述和宣传,而不是质疑成果本身。对于成果本身的评价,涂院士已经非常清楚地表达了其观点:『一个最先进的实验,人们梦寐以求的实验,和技术挑战非常巨大的实验。』

为什么会发生这样的事?我认为,涂老师与我当初看到这一成果的宣传和报道时的心情一样,面对这样有可能引发重大影响的成果,在传播中一定要慎之又慎,除了宣传成果的进步性、突破性,也应该告知公众其局限性、科学性。中科大不是谷歌,不该用『一百万亿倍』『一百亿倍』这样的字眼去挑逗公众的神经——特别是大家对量子物理没有正确认知的前提下。

涂传诒老师专门论及此,他说:『讨论这些问题不涉及学术,但是这是一个社会关心的热点问题,讨论这一问题,对于厘清相关名词和语言的概念是重要的,对于准确描述相关科技现状是重要的,对于公众的理解是重要的。』

我对于涂传诒老师的这一点主张是非常赞同的。同时我也赞同本回答下

@Chiang 小驴

的建议,建议涂老师将此文稿写给《科学》杂志编辑部,请他们酌情考虑在科学家内部讨论此事。

另外,我还想谈的一点自己的想法是,因为量子计算、量子信息、量子密码等等领域看上去非常重要,非常颠覆,所以近些年来凡是在这些领域发布的成果,都被认为『厉害了』『厉我国』,我认为这种取向是不可取的。这种不可取不局限于量子科技领域,但是尤其在量子科技领域要引起重视。这对于量子科技领域的进步不仅不是增益,而且很有可能带来伤害——当公众对某项技术倾注它所达不到的预期时,一旦预期落空,随之而来的可能就是情绪的反弹。

所以什么是科学的态度?国内权威媒体包括中科大、潘陆两位老师等在内的科学家们在传播『九章』成果的过程中有没有真正秉持科学的态度?这里暂且留下一个发问的空间。

哦对了,潘陆两位老师前几天有做客一档节目,与两位做理论计算的科学家(亚马逊 AWS 上海人工智能研究院院长张峥、上海财经大学理论计算机科学研究中心主任陆品燕)以及中科院自动化所研究员王飞跃、腾讯量子实验室科学家张胜誉等人专门就『九章』争鸣、共议。我认为这是他们表现出来的一种科学态度。

最后,对于有人质疑涂传诒老师作为『外行』,能不能去质疑『九章』成果,我也谈点看法。

诸位,未来『量子计算机』是什么形态?恐怕没人答得上来,它甚至至今还只存在于科幻电影中(《复联 4》貌似有相关情节)。

对于上边的这个问题,『九章』缔造者之一、中科大教授陆朝阳有个主张,很有意思。

陆教授认为,目前的『量子计算机就像一个初生婴儿,其最终的计算方式、形态可能是完全不同于经典计算机』,而无论是科学家还是公众,应该『不管从发展时间还是原理、形态上,都应给予更自由和宽松的发展空间』,保持着这样的开放和包容继续探索下去,『才能带来意想不到的惊喜』。

我认同陆教授这个观点。

但认同这个观点之后,我们再看,涂传诒老师来质疑『九章』是不是量子计算机,是不是也没有问题了呢?

对吧,让我们保持着这样的自由和宽松吧。

知乎用户 匿名用户 发表

这道题我是有资格答一答的。在学习量子计算的过程中我有幸把自己的代码运算在了悬铃木和 IBM 的量子计算机上面。

主要的争议在于九章究竟是量子计算机还是光学实验。我们不妨试着定义一下量子计算机,看看二者冲突不冲突。

量子计算机在我的理解里面一般指基于量子力学的,可以通过物理过程运行通用量子计算的设备。这里面 “通用量子计算” 指的是量子计算机可以等价实现任何一个对量子比特操作的“量子电路”,就好像传统计算机可以进行任意编程。但是量子计算机不是图灵完备的。就目前而言量子程序肯定会终止。

九章的实验并没有 “通用” 的部分。所以严格来说它并不是可以与 “悬铃木” 比较的那种可编程计算机。但是同样,九章用量子方法解决了一个传统计算机难以解决的计算问题。所以称之为计算没有问题。

问题是计算的方式究竟是通过光学实验工具模拟,还说按照量子计算的方法论构造一个等效于 unitary matrix 的量子电路与算法?我认为是前者。实验直接模拟了波色子采样。

当然这个实验的很多工具设备对通用量子计算机的研发是很有帮助的。

说实话我还挺失望的,本以为中国搞出来了量子比特数量最多的量子计算机。结果,发现我理解的 “量子计算” 的定义有点不一样。

知乎用户 melonsyk​ 发表

抛砖引玉。粗略看了一下文章,不敢说 follow 了所有的逻辑,但很明显感受到文章在多处强调 “计算” 和“实验”的差别,我认为这是一种传统思维的局限性。实际上最新的一些理论物理研究已经把 “计算” 尤其是量子计算理解为一种很底层的概念,物理实验就是一种计算,“黑洞是速度最快的计算机”。这里唯一需要区分的是通用计算机,一个通用量子计算机需要能通过 “编码” 来模拟一定范围内任意的量子计算过程,而对于比如黑洞这样的 “计算机” 之所以不可用是因为我们没有编码的技术。

知乎用户 匿名用户 发表

敢质疑是值得鼓励的

但是敢质疑就一定是真的,最初提出来的就一定是学阀这破风气哪来的

人人都是饶毅和裴钢?

还是网络上的人都是二极管?

知乎用户 tian xing 发表

涂老师的文章我早就看了,而且还讨论过。首先,涂老师不仅质疑九章而是质疑世界上所有的量子计算机。他认为量子计算的理论就是错的,就是忽悠。所以中科大说它们的九章符合定义,这有点所答非所问了。

2、涂老师认为人类永远无法开发出量子计算机。因为叠加态只是物理统计学的概念,在现实世界中并不存在。

3、涂老师认为九章和以前的谷歌都不是量子计算的一个重要观点是:二者玩的都是纠缠态而不是叠加态。而纠缠态和量子计算无关。

以上是我看了涂老师的文章之后做的笔记。

其次,我要说一下某些批评者,他们这么说涂老师:

涂老师如果是质疑则是值得表扬,如果是泼脏水,如何如何。这种讨论问题的方式,文辞叫诛心,诛心是不道德的。讨论问题就事论事,不应该拷问别人的发言的动机。

知乎用户 匿名用户 发表

就跟有人拿一片三八译码器说这是计算机一样,你说他是吧,感觉不是那么回事,说不是吧,三八译码器确实是最简单的计算机,有自带程序但是不能烧录新程序进去的那种。

外行人一看,量子计算指日可待,内行人一看,我们终于走出了万里长征第一步,那万里长征总得有钱买粮草啊,就去金主爸爸那里吹,我们这不叫逃跑,这是长征这是战略大转移(狗头保命)。有钱才能走完长征,就和到处宣讲造高能对撞机的王怡芳院士一样,高能对撞机意义很大吗?不一定,但值得尝试。有的院士觉得量子计算死路一条,有的院士觉得量子计算前途无量,但是九章是什么东西大家心里都有数。

你以为他们在搞学术辩论?实际上他们在争论这个领域值不值得再砸钱进去。

比科研更重要的,是看透某一领域发展前景的眼光。

知乎用户 Hasaki 酱 发表

正好刷到了这个问题,就顺便解释一下涂院士的观点:

九章所实现的 “高斯波色采样” 算法,本质上是一个物理过程自然演化的结果。传统的计算机要想计算出这一结果,需要对物理过程进行数值模拟,而这是十分复杂的。

九章所做的事情,实际上就是将这个物理过程在实验室中实现了一遍,于是就 “计算” 出了结果。从这个角度上讲,说它是光学实验亦无不妥。只是因为这个实验中涉及到了量子效应,所以才被称为是“量子计算”。

通俗点讲,九章所实现的高斯玻色采样,实际上做的是这样一件事:假设我们要计算一个人从楼上摔下的结果,传统的计算机要对人的每一个部位进行建模,同时要考虑到地面以及空气的各种流动,消耗巨大的计算量来数值求解极其复杂的方程,这样才能较为精确地演化出结果。而九章的做法是:直接扔了一个人下去

这当然比经典计算机的做法快了许多许多倍,但是这是否算是真正实现了 “量子计算”,距离所谓的“量子霸权” 有多远的距离,就见仁见智了。

知乎用户 马夹 发表

这个争议其实就是定义的问题。

你定义 “量子计算机 = 用量子解决问题的机器,只针对某一个具体问题的也算”,那九章就算。

你定义 “量子计算机 = 用量子解决通用问题的机器”,那九章就不算。

按照普通人的思维,肯定是后者才算计算机吧,前者相对于后者差距真的不知道有多大。

不过按照后者的定义,现在本来也不存在 “通用的” 量子计算机。

通用量子计算机应该像现在的计算机一样,对任何问题都有 “通用” 的解决方法,就是“编程”,而且需要是软件编程,硬件不能总变化。不能说你给个问题 1,一帮人搭一个硬件解决了,等解决问题 2 的时候,重新搭一个硬件去解决。那顶多能叫两台“计算机”,而不是一台“通用计算机”。


前面说的不太准确,起码 IBM 的机器可以编程了,有一丢丢 “通用性” 了,虽然可靠性好像还是远不如传统计算机,功能上也远远达不到替代或者超越传统计算机的程度,但起码能编程就是走在了 “通用计算” 的路上了。

从这个角度说,九章还差得远呢。


另外,九章和量子霸权扯到一块去就是忽悠呢。

霸权什么了?有什么解决实际问题的能力呢?

就像当初描述的,量子计算机一出世,所有传统计算机的加密系统全完蛋,九章的能力能沾上一点边吗?

知乎用户 匿名用户 发表

大早晨起来看到这个话题上了热搜,一百多回答,乍一看还挺开心,以为真有一百多个同行 or 至少懂那么一星半点儿的人在讨论呢,结果翻了一下高赞(除了墨子沙龙那个)和最新回答,无语到凝噎!

WC,友善度不要了!

啥时候外行指导内行,不懂装懂,指鹿为马,需要被称赞为 “良心 & 实话” 了???

这位原始质疑 Jiuzhang 能不能计算 1+1=2 ??? 当然可以啊!

您先稍微了解一下什么是量子计算可以么?您搜一下这本书《Quantum Computation and Quantum Information》,作者是 Isaac Chuang & Michael Nielsen,不用读完,第一章第三节,这不就是一个 CNOTs 的事儿么,属于几十(至少也十几)年前的成果了吧?

这周恰好是 APS March Meeting,很多正经做 QC 的组介绍自己工作的时候都大大方方把 Jiuzhang 和 Sycamore 放在一张 PPT 里算是对现阶段的总结,昨晚 Jeremy O’Brien 介绍 PsiQuantum 工作的时候宣称接下来造百万 Qubits 级别的 QC,同样是基于 photonic-based,由此可见,photonic 未见的就此路不通啊(虽然我本人是 superconducting qubits 方向的)。

至于如何看待这个所谓 “质疑”:Hmmm… Not even wrong

PS:

利益相关:QC 领域同行,跟潘院士及其团队完全不认识,虽然他们大组似乎也有 superconducting qubits 的工作(至少有这方面的 paper 经常 po 出来),但具体侧重点还真是不同,有很多我也不懂。

PPS:

还有更搞笑的来了:

啥时候 “计算机” 这个词和概念被您们 “搞(传统)计算机的人” 垄断了?查了一下 Wikipedia 人家也没这么定义啊,说出来你可能不信,人甚至还有一段介绍呢:

照您的逻辑,火箭燃烧到底是不是 “燃烧” 是不是还得单位锅炉房王大爷来判断?得锅炉房王大爷来定是不是要用水洗煤?哈哈哈 突然感觉郭大爷真是诠释真理的小能手~

至于量子计算为啥没在这些所谓的 “顶会” 露脸,你愿意听实话么?Nature,Science,PRL 不香么?非要扯个会议,此时此刻 March Meeting 正开着呢,你要真感兴趣交钱注册来听呗(反正今年 online),管够~

知乎用户 快雪时霁 发表

这是不是计算?可以是,也可以不是,但科学家不关心这件事。

这是不是量子计算?是,而且是非常符合最初想法的量子计算,当然,这也不重要。

想要了解科学,要有科学的思维,一定要分辨清楚科学关心的是什么?我们关心的是这个方法能不能更快的给出正确结果?如果可以是不是能够计算更多的东西。至于你怎么分类,怎么称呼它,科学不解决也不关心这样的问题,科学只关心客观的、可观测、可证伪的命题,不关心名义的东西、主观的东西。

首先讲量子计算,什么是量子计算?最早的想法之一可以追溯到费曼的一个演讲,也被他整理成了文章 [1],其中谈到

Computer theory has been developed to a point where it realizes that it doesn’t make any difference; when you get to a universal computer, it doesn’t matter how it’s manufactured, how it’s actually made.

Now it turns out, as far as I can tell, that you can simulate this with a quantum system, with quantum computer elements. It’s not a Turing machine, but a machine of a different kind.

量子计算一开始就是通过一个物理系统来模拟量子系统,从而更加方便快速直接地解决量子物理问题 (如图所示 [2])。

而后发展出来更通用的应用,比如通过将一个计算任务,转化为一个量子系统的问题,通过一些特性,比如量子傅立叶变换,实现加速,著名的例子就是 Shor 算法。何况即使在不涉及量子物理的时候,人们早已有将光学的傅立叶变换本身,作为一种基于光学的协处理器,加速傅立叶变换的想法,甚至目前已有初创公司在进行相关的商业化 [3]。

其次,量子计算机,或者更窄一点,线性光学的量子计算机,能不能实现一个通用的计算任务?答案也都是肯定的。早在 1980 年,Paul Benioff 就证明了任何一个计算都对应着一个量子系统的演化过程 [4],也即任何一个通用的量子计算机都能够实现任意的计算任务,当然不能保证都能加速。在线性光学的量子计算机上,也和各个量子系统一样,实现了各种算法,例如 on chip 的 Shor 算法 [5]。为什么这个算法没有高比特呢?与其他体系一样,退相干、error 限制了这个算法。而 Pan 的团队,选择了某种程度不受 error 限制的波色采样,证实了所谓 quantum advantage。这件事情,是提前估计,假设我们有了高质量的比特或者实用的纠错方法,我们能否实现加速,从科学角度,这确实是一个很重要的需要验证的事情。可能看上去有点脱裤子放屁,但是科学上每一步都是不能想当然的。

最后,什么叫计算?虽然这本质上是一个哲学问题而不是科学问题,但是一些物理学家也进行了讨论。前面提到的 Feynman,Benioff,指出了计算和物理过程一一对应的关系。Seth Lloyd 把这个宇宙看作一个巨大的计算机 [6],文小刚也试图从量子信息的角度重新构建整个物理体系。所以从不同的观点看,九章是实验,它也是计算。而对我们来说,在一个原则上可以构建出任何一个计算、算法的体系上,能够至少在一个问题上比传统的计算机更快地给出正确的结果,那它的意义就足够大了。

[1] International Journal of Theoretical Physics, 21, 6/7, 1982, Richard P. Feynman

[2]Review of Modern Physics, 86, 153, 2014, I. M. Georgescu, S. Ashhab, and Franco Nori

[3]https://optalysys.com/about

[4]https://link.springer.com/article/10.1007/BF01011339

[5]https://www.nature.com/articles/s41566-019-0532-1

[6]https://www.nature.com/news/2002/020527/full/news020527-16.html

知乎用户 东蹈 发表

一位大牛的评论:

“与目前传统的摩尔定律支配的计算机系统相类比,九章的地位大概相当于人类历史上第一台差分机。或算盘。”

知乎用户 皮卡丘饲养员 发表

量子信息领域的某些从业人员尤其令我敬畏与崇拜,他们一边口口说要尊重专业人员,可是最不尊重专业人员的就是他们自己。绝大部分量子信息从业者是没有足够的信息论,理论计算机,计算机网络,通信工程,信息安全,密码学等等专业领域的足够的素养的。但是他们碰瓷这些领域却碰瓷的飞起

量子计算我能说的不多,但是量子保密通讯我能说的很多。任意一个有足够计算机网络,信息安全领域的知识的人(本科生级)都能看出这玩意实用价值很低,为啥?我就说一个概念,通信网络层次结构,相关专业的都懂。考虑到它极度高昂的成本, 以及通讯工程对成本变态的追求的传统,任何一个相关专业人员都能想明白它注定失败的命运。可惜这些人员发不了 NS,更当不了院士,说了话也不顶用。后来大院士量子通讯相关的公司业务黄了,大家都漏出一副早知道如此的表情。不过大院士似乎事业也没受影响,转进量子计算去了。如果你懂计算机网络之类的东西,不必是什么大专家,就可以关注一下量子通讯领域的人输出了多少极度误导性的言论。

关于九章是不是个计算机,本质是名义和定义权的争夺,如果定义什么是计算机的权力掌握在搞量子信息的大院士手里,那么它当然是计算机。如果不是,那么传统的计算机专业的人不倾向于叫它计算机。任何一个哪怕是相关专业的本科生,也应该知道一个概念叫做 ASIC, 一般而言设计良好的 ASIC 在针对特定任务时能对等晶体管数目的 CPU 形成若干个数量级(我估摸能有 3 到 6 个)的性能碾压。换言之一些 ASIC 单芯片性能能媲美天河,富岳之类的超算整台服务器。但是习惯上我们并没有把所有 ASIC 都叫做计算机,一般只叫它芯片。

我是少有的入门过量子信息和传统计算机专业的人,至少这两个专业本科生课我差不多都学过,虽然后来忘了不少。我想如果你有我的背景,你看到九章的第一反应应该就是,九章相当于是一个量子版的 ASIC 嘛。你说它是不是计算机呢?原则上他不是图灵完备,不能通用计算,但是它确实有进行计算并输出结果的能力。我不是说模拟就不算计算,要不然数模转换器,物理随机数发生器算什么?所以我看它是不是计算机就是一个定义权的问题。照理说,搞量子信息的大院士可比基层的搞硬件的工程狗地位高多了。他们为代表的的团体说这是计算机,那么这就是计算机。你们谁同意?谁反对?

题外话:专业人员为啥叫专业人员,1 他对一个特定特定的领域懂得很多,事无巨细的懂很多细节 2 对于专业之外的东西很可能一无所知。亲身感受也许不准:做物理研究的人会有一种若有若无的专业优越感,大概是天下理工知识以物理为中心的那种感觉。可惜世界上的专业不止有物理一个,更不只有量子信息一个。

知乎用户 滑了丝的螺丝钉 发表

当我点进来开始写回答的时候突然觉得自己太膨胀了,高考数学不及格的我连这种问题的热点都敢蹭

但是我确定以及肯定: 虽然我智商可能比不过在座各位,但不代表我他么阅读理解有障碍!!!

先从题外话说起,我的研究方向是全息显示,如果不是圈内人就算你是大学教授你脑海里出现的第一印象是不是像这样

还有这样的

然而全息显示的定义是光的干涉记录与衍射再现,由于普通照明光无法满足相干性的要求,目前只能通过激光来实现全息显示,所以真正的全息显示应该是这样的

实际观赏效果比这好 AV 画质多了,原谅我用手机随手那么一拍,但是距离大家的心理预期是不是差太多了?

其实最早的全息就是这个样子,这是有货真价实的定义的,然而在这个小姐,同志都能变成贬义词的时代话语权不在少数人手里了。

同理,涂院士的质疑也是上面这个道理~

前面高赞已经回答了,北大涂传诒院士质疑的不是潘院士的论文,而是对其论文中出现的量子计算机定义的质疑,继而上升到对潘院士所在研究领域所有量子计算机的质疑,包括谷歌的量子计算机。

在涂院士质疑的文章中,给出了上面的结论,阅读理解过关的人都能看懂这句话。我们这种普通智商的人不必知道什么是波色取样和量子计算,只需要知道问题的核心在于,什么是"量子计算机"。

换言之,问题的核心是:"量子计算机"怎么定义谁说了算?

潘院士: 九章量子计算机通过波色取样实验实现了量子优越性。

涂院士: 你那就是光学实验,只能解决波色取样特定问题的专属实验系统!

潘院士: 量子计算机不是我定义的,我们这个圈子早就有定义了,不信你看看下文

其实,"量子计算机"在 2010 年已经被 6 位来自不同物理领域的大佬抢注了!

就是说符合他们这个定义的那就是量子计算机,所以在这个设定下潘院士的九章毫无疑问算是量子计算机。显然涂院士不这么认为,那么这种情况下除非他取得对量子计算机的解释权否则是没有说服力的,毕竟研究量子的圈子就这么大,人家自己都没意见圈外人也不好说什么!

然而几十年后,量子计算机会不会和全息一样,解释权最终落到谁的手里又怎么好说呢?

但是毫无疑问,这种讨论是有价值的,至少我认为是接地气的,打破了人们对量子学术权威的盲目崇拜,对社会上量子概念泛滥成灾的有力的反击!

知乎用户 贱贱​ 发表

一起做大饼多好,

就此定义「广义量子计算机」「狭义量子计算机」,你看,是不是一下解决定义问题了?

知乎用户 YukiN 发表

好多人可能看不明白,我给简单翻译一下

两方争辩的一个主要矛盾是 这个九章到底算不算量子计算机?

因为这个专业门类属于很细分的门类,所以该专业内部自己的定义就是九章这种属于 “量子计算机”,但是它与我们大众理解的“计算机” 并不一样,如果按照 “计算机” 来看,它并不算是一台“计算机”。

简单一句话说就是,“九章” 是一台 “量子计算机”,但它不算是一台 “计算机”。

它本身是很有意义的,的确是一项很牛的成就,但是它还做不了通用计算,离大众理解中的那种牛逼哄哄无所不能的量子计算机还有很大距离

知乎用户 匿名用户 发表

是不是 “计算机” 应该由搞计算机的人来评判,而不是搞物理的人来说。我已知的事实是:

ISCA:计算机体系结构顶级会议,从没看到国内发表关于量子计算机的文章。

ISSCC:集成电路顶级会议,每年都有与量子计算相关的芯片发表,但从来没有来自于国内的。

IEDM:微电子器件顶级会议,这两年量子计算火得一塌糊涂,还带动了传统 CMOS 研究的新高潮(Cryo CMOS),但是从来没有来自国内的文章。

DAC:EDA 顶级会议,常年发表关于如何使量子计算机具有通用性的文章,也发表各种设计量子计算机的文章,但是也基本没看到过国内的声音。

说白了,国内目前还停留在研究底层物理的阶段,搞的更多的是量子计算理论,满足于在 Nature、Science 上发表论文,但其实距离可用的计算机还有很大的距离。


我自己不搞量子计算,不是这方面的专家,有些话说的也不一定对。但是这些年我审过的量子计算的论文也已经大几十篇了,基本一篇文章到我手里,能不能发在顶会上,我的判断都八九不离十。可以明显看出国内外在这个领域的差距: 国内目前仍集中在搞基础理论,而国外是基础理论、创新方法、实用技术都在搞。

以我们领域的经验,一个新技术能否落地,充分的迭代是必须的。如果不去尝试解决实际问题,就无法看到自身面临的关键问题,结果就容易越走越偏。据我观察,国外在量子计算机方向,近年来重点关注的关键问题包括 (但不限于):

  1. 计算通用性问题。大家当然都没指望量子计算能跟传统计算机一样解决所有的计算任务,但是至少你不能只会干一件事。更重要的是,一个复杂的计算任务需要做拆分,编译成一堆指令,然后送给 (量子) 计算机分别做计算。国内有人在做量子计算机的编译器,但是相比国外,差距还是很大的。IBM 开发了多种量子计算机的模拟器,几乎各个大学都有教授在模拟器上开发各种编译方法,从而有力的支撑了 IBM 在量子计算机技术上的发展。而国内做这个方向的,也在用这些模拟器,相当于在帮 IBM 干活。可是没办法啊,国内搞量子计算机硬件的人还没走到这一步。
  2. 计算机架构问题。众所周知,目前的量子计算都是要在极低温度下进行的,因此需要考虑如何从室温到低温的过渡。常规的量子计算机架构是这样的,核心量子计算在 mK 温区,然后在 4K(液氦)温区搞核心控制和存储电路 (芯片),再在 77K(液氮) 温区弄非核心的外围控制电路,最后连接到室温的交互界面。也许有些人会说,量子计算机的原理完全不一样,你不能用传统冯诺依曼计算机的视角来看问题。的确,我没深入研究过量子计算,但是我看到国外有大量的人都在这么做,而且我相信,完整的计算机肯定不是只有一个核心计算模块的。可是在国内,很少看到有人研究量子计算机架构相关的方向,至少我没看到有人分析数据流和指令流等问题。
  3. 低温芯片设计问题。上面提到,核心控制电路一般是工作在 4K 温度的,学过半导体的人都知道,教材里面所有的载流子结论都是建立在 “掺杂杂质完全电离” 的前提假设之下的。然而,这么低的温度下,杂质明显无法充分电离,所以常温下的结论都没法用了,晶体管的特性将会出现很大的变化。对于数字电路来说,这种变化还没到颠覆性,但是对于模拟电路设计,基本就成了一个全新的领域了。遗憾的是,国外在低温芯片领域已经取得了巨大的进展,然而国内搞集成电路的人还在忙着解决卡脖子问题,在这个新领域已经完全落后了。没有控制和存储芯片,就好比一个很牛 x 的机构没有后勤人员的支撑,即使这里的工作人员再牛,机构也会很快瘫痪的。更何况这些电路还肩负着处理非量子计算指令、支持计算通用性的艰巨任务。

说了这么多,相信懂的人已经知道我在圈子里的学术地位了。总之,我对这个 “九章” 没有任何负面看法,对国内量子计算也没有任何负面看法。我只是有点着急,甚至有时候自己手痒痒,经常冲动的想是否自己搞搞这些重要的研究方向。不比不知道,一比吓一跳,所谓量子霸权,其实我国已经被国外甩开很远了,大家不能自满,要抓紧推进。

不过,在开始研究之前,要先知道什么才是 “量子计算机”。

知乎用户 毛彦伟 发表

质疑的非常有道理,也没见谁把能做傅里叶变换的棱镜叫做光学计算机啊。

知乎用户 世界的尽头 发表

这事情看你怎么理解了,如果你把棱镜作傅里叶变换当做一种计算,那么九章叫做量子计算机也是没有问题的。

这其实是纯粹对于 “量子计算机” 的定义和解释的问题,一台什么样的设备,可以叫做计算机,光学的关系如果能够实现某种结果,是否能够理解为一种量子的计算。

这件事情的背后,事实上是对于一个刚刚有的意思的领域,值不值得大量投入的问题。

科技树点错了,纠正可不容易。

知乎用户 Harrion 发表

一个极端例子是,要计算一个原子核辐射出来的 x 射线的波长,达到精度万分之一。如果要传统计算机做第一性原理模拟,这是一个量子色动力学问题,传统算法是格点 qcd,大概达到这个精度,可能需要无数超级计算机计算多年。而现在面对这个 特定的问题,即这个原子核的辐射波长,我直接测量它辐射出来的光子波长,1 飞秒就完成测量啦,我能说找来一个原子核就是制备一台量子计算机么 ?这不是计算机,这就是一次实验啊。

其他答案里的棱镜,我倒是认为这是一台傅立叶分解专用计算机,因为他可以解决一类问题,(比如对太阳光做傅立叶分解,也可以对白炽灯做分解,)而不是一个问题。但是这个东西肯定不是通用计算机。

至于九章,其实我不懂它做到那部啦,不敢乱评。

知乎用户 Kumarajiva 发表

量子霸权是什么?理解了这个问题,就知道答案了。九章也不是通用计算机,只能求解特定问题。

知乎用户 匿名用户 发表

很多人对量子计算机是不是有什么误解?通用性可编程性都来了?

你干脆说马上可以实现民用化了…。

知乎用户 普适价值 发表

专业民科强答一波!

九章应该算是 “计算机”,但还不是可操控型的 “计算机”!

其实所谓的 “计算”,和我们目前用的计算机是两个概念,前者实际上是通过对相关型态的模拟来得出结论,就像“烽火、旗语” 这些,“计”者,求其会,“算”者,数其变,“计算”其实就是一个寻求交互变化的过程,比如现在的半导体芯片,是利用其导电特性来进行设计,通过让芯片呈现不同的导电特征来实现计算,你不能说半导体芯片就不是计算机了!

“九章”其实就是将 “芯片” 中的 “电讯号” 变成了 “光信号”,类似于构建了一个精微版的“烽火传讯网”,所以,也别把“量子计算机” 吹嘘的多厉害,它最大的意义是取得了 “N 多个光量子制备” 上的稳定,计算原理其实和算盘、烽火、旗语没啥区别,而且从原理上来讲,至少要到 50 个量子才有点意思,最终大成要 2100 个才行!

但 “计算” 最关键是地方,其实是计算的标准 & 程序,也就是对计算定量的问题!

注:就像当下的电讯号计算机的基础是二进制一样,“量子计算机” 肯定是不能再实行二进制了,但到底该用什么的计算标准(进制),个人觉得应该会和质因数的求解有关!

如果没有一个确定性的 “量化” 标准,就不可能得出一个统一的,可确定性的结果,也就没有办法形成一套运行控制程序,而如果没有运行控制程序的话,它确实不算是“计算机”,但也不能否认它是计算核心的意义!

至于说怎么对这套 “烽火传讯网” 进行编程,那估计要等到 2100 万比特币挖完,区块链成链之后了!

当下的计算机是线性运算,无法发散开来处理面问题,但随着比特币挖完,区块链成链之后,未来的计算必然是像网状化可发散的,就是不知道未来的计算机还是不是为人民服务的了,但看当前的人事纷扰,估计人类也真的到了朝天子的时候了!

知乎用户 胡可 发表

不要整天霸权霸权的,你就直说多少算力,功耗多少,什么时候能发货。

知乎用户 张三 发表

学阀当道,舆论管控,这个世界敢说真话的不多了。

从 “LH 国” 到各种沸腾,很多人已经找不到北了。

挺涂老师

知乎用户 幼鹰 me​ 发表

那天不小心打碎了房东的厕所镜子。拿起那三棱形的碎片,好家伙,竟得到一台 “傅里叶变换算法专用计算芯片 “ (FPU, Fourier Processing Unit)

知乎用户 罗俊峰 发表

我觉得这个质疑是非常有价值的。

许多媒体,自媒体,讲座,论坛等等都以类似如下的方式在宣传量子计算机

引用自知乎:中科院物理所

如果你在新闻中看到有人成功制造出了量子计算机的话,你最好立刻冻结自己的信用卡。因为,当你在网上购物时,目前所有保护你的信用卡信息的方法将会在几秒钟内被量子计算机攻破。不光是你在银行内的信息,所有的加密信息在量子计算机面前都将被轻松破解。

宣传量子计算机的速度快能将传统密码轻松破解,这些比较的对象都是通用可编程的计算机

当 “九章” 问世以后

“九章” 在一分钟时间里完成了经典超级计算机一亿年才能完成的任务
 陆朝阳介绍称,相比 “悬铃木”,“九章” 有三大优势:一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题,但与最快的超算等效比较,“九章”比 “悬铃木” 快 100 亿倍。二是环境适应性。由于采用超导体系,“悬铃木”必须全程在零下 273.12 摄氏度(30mK)的超低温环境下运行,而 “九章” 除了探测部分需要零下 269.12 摄氏度的环境外,其他部分可以在室温下运行。三是弥补了技术漏洞。“悬铃木” 只有在小样本的情况下快于超算,“九章” 在小样本和大样本上均快于超算。“打个比方,就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算,长跑跑不赢;我们的机器短跑和长跑都能跑赢。”

引用自中央纪委国家监委网站。

以上的内容所做的比较也是对标通用可编程计算机和悬铃木,并且结果都是完胜的。

那么问题就来了:

你比姚明体重轻,比潘长江个字高,比岳云鹏瘦,比冯巩年轻,比冯小刚好看,比宋小宝白,比马云没烦恼,比王健林目标远大,完胜啊!

但你现在在捡瓶子维持生活这样。

看起来用你宣传的谁都没你厉害,避重就轻的就没谈你不能编程啊!

别人悬铃木比你量子比特少,但那是个可编程的计算机,没人对它有争议,可以写代码,能完成计算机理所当然广义的任务。

你用游标卡尺说你是个十分牛逼的长度计算机,我就很纳闷了,你宣传这个的目的在哪?我也见过这样宣传的,比如把造纸专业叫做生物炼制、生物新能源等,为了招生好招,也为了好要经费。所以你这的目的呢?

知乎用户 匿名用户 发表

emmm 这完全就是一个外行人在抠字眼。。。

知乎用户 匿名用户 发表

非专业人士,前几天蹭了节课,老师举了个栗子,大体意思:

光在玻璃中是怎么传播的,用计算机模拟得需要好久,而用玻璃是瞬时就得出答案了。

在这一事件中,玻璃的计算速度是计算机的几亿倍,但也仅仅是这一方面。

个人感觉这个栗子可能更通俗一些

知乎用户 云航 发表

我们来把传统计算机的发展史和量子计算机做个不恰当的对照:

6 完善的量子计算机——应用大规模集成电路的现代计算机

5 刚刚可实用计算——用电子管和机械按键拼的埃尼阿克

4 能执行特定任务,比如分解大质数的积——收音机和信号放大器

3 可以辅助现代计算机执行任务——电磁继电器

2 能稳定运行并输出简单结果——初中物理书上的电路

1 不能稳定运行,但可以操作简单的电子态——刚刚能输出电压的伏打电池,也就是俩金属片插土豆

“九章” 差不多到了第二步,是不是真的到了第二步还需要其它实验的补充。

第二步和第三步之间还有电压表电流表以及欧姆定律。

到第四步需要关键的电子管。

到第五步需要逻辑门。

现在量子计算机的理论基础就在量子逻辑门上,量子逻辑门有别于传统逻辑门的数学,是所谓 “量子霸权” 的基础。

虽然量子计算机必须从第一步开始,第一步到第二步的贡献无比巨大,但怎么也得搞出量子逻辑门来,才算造出了量子计算机。

如果你不同意上述看法,那就当你对。

知乎用户 慕尼黑的麦克白 发表

广告式科研虽然短期内可以振奋人心,但是当观众看多了这种雷声大雨点小的所谓科研之后,会对科研本身产生偏见,而且观众总会有一个疑问: 天天说自己划时代,站在人类顶点的,咋诺贝尔奖一个没有?

实事求是不是因为蠢,因为人无信不立,而巧言令色鲜矣仁。

有人问: 那咋是业外人士质疑呢? 这种事当然是只有业外人士才敢质疑,业内人士还要维护人际关系,本来圈子就不大,您这儿 diss 的可不是一个人,而是一整个团队,得罪一堆业内大佬,以后还想不想搞科研谈合作了?

知乎用户 hellozhaoming​ 发表

袁老师一个月前就解释了为什么九章是量子计算机。。。但它还不是通用量子计算机

https://www.ixigua.com/user_playlist/62435616925?rank=23&offset=0&order=new&filterTS=1616053328&logTag=JbYPxdk9IjjF_fe4qDVx4​www.ixigua.comhttps://www.ixigua.com/user_playlist/62435616925?rank=6&offset=0&order=new&filterTS=1616053256&logTag=tXqkMHaE03mEY-hKpxAE9​www.ixigua.com

知乎用户 特效卡卡西 发表

顺个逻辑问个问题:

如果通过光学实验实现大数分解也就是破解了密码。这个是物理实验还是计算啊。

知乎用户 共震 发表

我一个学计算机的斗胆问一句?simulator 不能算 computer 吗?

知乎用户 傅铁强 发表

先不说有无此事,公众号文章与 Nature 评论相悖有何奇怪?

公众号文章多的是血型星座 PUA 八卦占卜,它们中不乏打着 “PKU” 幌子的,雷副教授不也是连 PKU 的英文全名都不会写就出道了嘛。

这不,刚说到它就亲临本问题下给自家的公众号摇旗呐喊了 233333333:

北大教授前年说量子信息该盖棺论定了,后来说了——他每年每月都要说一次 “盖棺论定” 量子信息 / 量子计算,就跟他每年每月都要推翻一次相对论似的。为什么雷奕安没有 “后来不说” 呢?因为北大教授就只会说嘛:

北大教授就只会说,所以它眼里 “后来不说了” 就能当成证据。实际上,如果“后来还在说”,PKU 某人就改口说“他们年年讲,月月讲,可见一直在骗人”。总之,雷奕安要你说也是错,不说也是错。

北京大学:“我不要你觉得,我要我觉得。” 所以 PKU 年年月月都用嘴给量子计算 / 量子通讯 / 量子力学 “盖棺论定”,并高谈阔论:

先不说杨氏模量并非硬度的问题。杨氏模量就是要实际变形才能测量出具体值的,你雷奕安都 “变形是瞎扯” 了,怎么还能报出 “10 的 20 次方倍” 这种具体数呢?

显然,北大教授连物理量值是要实验测量出来的都不知道。一面说 “此地无银” 一面说 “因为是三百两”。这也就反映了题目中公众号的水准: 教授信口开河上了瘾,连理应不该有数的也编个“10 的 20 次方倍” 想唬弄人,演示了北京大学科研脱离实际张口就编的习惯。

北大公众号示范句:“我的酒量具体是 2 升又 376 毫升,所以我从来没喝醉过。这就是为什么灌醉了我得知我酒量的家伙都是瞎扯。”

知乎用户 路园山 发表

好东西应该经得起置疑。。

学术需要监督

知乎用户 Max Snow​ 发表

看涂老师文章前我就已经有了类似的想法,真是太会炒概念了…

我个人是不能接受把模拟当计算的

你说,你扔个纸飞机,标记一下落地的位置,然后就说这个纸飞机是个流体力学工程力学偏微分方程非通用计算机??

知乎用户 呵呵呵打航母 发表

从我一个芯片业搬砖工的角度去看。

九章:光量子 ASIC

涂院士说的话是 CPU

压根不是一个概念。只要是进步个人都觉得是好的,至于是不是量子霸权,我觉得不是。

知乎用户 李杨 发表

学阀打架是为了___

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