本文目录
- 谷歌“量子霸权”来了，中国科学如何发力
- 谷歌终于实现“量子霸权”了吗
- 如何评价Google率先实现量子霸权
- 量子计算机如何实现量子霸权
- Google研究团队提出的“量子霸权”对人类和世界将产生哪些影响
- 什么是量子霸权
- 谷歌量子霸权遭IBM质疑：经典计算机只需2.5天就能完成相应计算，你怎么看
- 何为量子霸权
- 3分20秒解决超算要算1万年的问题，谷歌宣称的量子霸权真的来了吗
- 如何评价IBM驳斥谷歌「量子霸权主张」，称其夸大量子计算性能误导公众
谷歌“量子霸权”来了，中国科学如何发力
量子霸权是指量子计算拥有的超越所有传统计算机的计算能力。
“量子霸权”长期以来被用于描述量子计算机发展的关键节点，指量子计算机能解决传统计算机无法解决的复杂难题，也就是展现量子优越性。而这是量子计算机距离实际运用的关键一步。其中，一个常被当作量子霸权的重要指标是量子比特(Qubit)数量，有学者认为，大概50个量子比特左右，量子计算机就能达到“量子霸权”。
10月23日，谷歌的《使用可编程超导处理器达到的量子霸权》论文以封面重磅的形式在英国《自然》杂志发表，表示已成功演示了“量子霸权”，让量子系统花费约200秒完成传统超级计算机要1万年才能完成的任务。
量子霸权是一个转折点，他充分证明了量子计算机的优势。
虽然“量子霸权”可以解决的问题目前还没有任何实用价值,但可以预见的是，不久的将来可能会为机器学习等领域带来突破和应用。
中国也早已雄心勃勃，志在与IBM、英特尔、谷歌等公司在量子计算领域展开竞争。
中国科学家组成团队，己对“量子霸权”研究实践，我们试目以待早日成功。
谷歌终于实现“量子霸权”了吗
不久前，谷歌公司宣布，它的量子计算机首次完成了一项经典计算机基本无法完成的任务，实现了量子优越性。为此谷歌还登上Nature封面展示量子霸权，200秒=超级计算机苦干10000年！不少媒体争相报道，谷歌实现量子霸权，来博得大家的眼球。但事实上并不是这样。！！
为了了解量子计算机的超强算力，我们先了解一下量子的两个基本特性：量子叠加和量子纠缠。
传统比特表示的数据在某一特定时间点，只能有一种状态即0或者1。以4比特为例，无论你使用什么门电路设计，最终输出的只能是：0000，0001，....，1101，1110和1111中的一种状态。即16种可能的组合你只能选用其中的一种。
但对处于叠加态的量子比特表示的数据来说，你可以认为它同时处于这16种组合中的所有状态，至于他是通过什么门电路得到的，姑且先叫做“上帝之门”吧。
在量子世界里，量子比特可同时处于多种态，它可以是几种不同量子态当中的任意几种归一化线性组合，这种状态即我们常听的：量子叠加态。
对于传统计算机，在任意一个时刻，它只能处于其中的一种状态；而在量子计算机中，4个量子比特都可处于叠加态，也就是说能同时工作在上述16种状态中！
由此可见：1台n位的量子计算机= 2的n次方台n位的传统计算机并行工作。且每增加一位量子比特，能够表示的数据就呈指数倍增长。这就是谷歌量子计算机算力200秒=超级计算机苦干10000年！的数据由来。
如下在网上找到一张动态图很好的表示了这个特性。
更有趣的是，量子比特有个难以置信的特性就是：它可以处于量子纠缠态。简单的来说，处于量子纠缠态的两个量子，就像是两个心有灵犀的双胞胎，你动我也动，你不动我也不动，拷贝绝不走样。
这意味着我们只需要通过观测知道其中的一个状态，另一个的状态也就不言而喻了。而上面提到的“上帝之门”，也是利用了这个量子纠缠理论进行设计。
3. 抗量子加密算法
目前加拿大的量子计算机属于专用型量子计算机，它能够执行Grover算法，尚不能执行Shor算法。美国加州大学圣芭芭拉分校的量子计算机可以执行Shor算法，但量子位数太少。也就是说，目前的量子计算机尚不能对现有密码构成实际的威胁。
其实你能想到的潜在威胁，比你聪明的人早就想到了。出于对抗量子计算密码需求的紧迫性，国际上从2006年开始举办“抗量子计算密码学术会议“，每两年举行一次，至今已举办了4届。已经产生了一批重要的研究成果，让人们看到了抗量子计算密码的新曙光。
具体抗量子加密算法是什么原理，小维实在是不懂，只知道由清华大学出版社组织翻译出版了《抗量子计算密码》一书，里面有详细的说明。感兴趣的同学可以自行购买研究。
如何评价Google率先实现量子霸权
真要是谷歌也不例外，毕竟他是全球知名的科技公司之一，有前瞻、有资本、有科技人才储备。何况在美国政府的高额基础科研的投入下，人才济济。毕竟天上掉下的馅饼，也是给仰视天空、伸出双臂去迎接有准备的人。何况它还是一个双臂有力、有人才储备的公司，高科技领域，不是一蹴而就，总是为那些有着前瞻、有准备、有资本、有人才的国家和公司所掌控的。没有前期的大量基础性科研投入，很难有大的科技收获。所以说，我国的科研成果，取决于基础科研的投入。国家只有加大基础科研投入的比重，才能迎来中国的科学技术的成果大丰收。
量子计算机如何实现量子霸权
〔宇宙定律〕
一 、物质的电磁力{吸引力}{反推力}
物质存在电磁力，同一种物质介质相互吸引，不是同一种物质介质相互推。多的物质会把少的物质推成圆球，因为两种物质都在推，而且同一种物质任何一点推力都一样大。推力又称为反推力反推力是很均匀的力。被推成球型的物质任何一点向外发出推力都一样大，但两种物质的反推力不一定是一样大。又因两种物质都在使劲推少的物质被迫成圆球。圆球是物质组成的不是空的所以有个球面称为圆球面。圆球面所受到的反推力越往球中心力线越密承受的推力越多。因圆球面任何一点都承受来自各个方向的力必然有一条力线经过球心垂直于球心，所以从球面到球心越往中心垂直力线越密越多所受到反推力也越大。故而球心所承受的反推力最大。故而越远离球心所承受的反推力越小越少。
只要中心有物质压力重力的天体，它的最外层表层必须是球形（圆球），天体的球面如果变成方形……中心不但没有物质压力而且重力也不存在。
二、光聚焦 能量聚焦、热能量聚焦、正负（反）能量聚焦
光与一切物质同在充满整个物质世界。太阳、恒星、一切星系是光聚焦取得能量，只有光永远聚焦才能永远发光发热。我们看到的会发光发热的星星、星系、恒星、太阳、行星中心，行星的卫星中心、地球中心、小行星中心、慧星中心、都是光聚焦的中心。 星星、星系、恒星、太阳、行星的外面外层都有一个圆球面可以光聚焦到中心。圆球面是平凸透镜、凹凸透镜, 只要形成平凸透镜、凹凸透镜就可以光聚焦。
光聚焦……光是用不完的循环的。
三、对环流层{上层与下层对环流}
自转与公转运动的动力层，宇宙间天体的公转自转都是有对环流层推动带动运动的。同一个星球自转有对环流层推动自转……公转有对环流层带动运动，自转与公转运动是二个环流层，二个对环流层不是在同一个中心上的。没有大气层或有大气层大气只对流不进行对环流的星球（孤独行星、流浪行星）、行星、小行星、行星的卫星是一定不会自转的。
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【真实的宇宙形态结构】
宇宙是时间无限空间无涯物质有限世界。空间存在着一个一个大型的物质世界它们是没有相连被真空隔离。各个物质世界都遵循同样的物理规律，我们生活在其中一个大型物质世界里。
我们的大型物质世界最多最外层的物质紧紧的吸引在一起它的外型是可以任何形态。它把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个大圆球都有一个圆球面及一个中心，我们就在其中一个大圆球面里面。这个大圆球内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心，其中一个大圆球就是我们的圆球……………………总星系。总星系有一个圆球面及一个中心。在总星系圆球面内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心。其中一个大圆球就是我们的圆球银河系它有一个圆球面及一个中心。银河系内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心，其中一个大圆球就是我们的圆球太阳系它有一个圆球面及一个中心，太阳系内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心，其中一个就是地球系（包括月球），地球是中心它的圆球面在月球之外，地球气态圆球面内的最多气态物质又把月球及其他各种各样不相混合的气态物质反推成一个一个圆球。
这些大大小小从大到小的圆球刚刚形成光‘就聚焦在它们的中心点上使中心发光发热，太阳、行星中心、银河系中心、总星系中心、星系中心、恒星都是有光聚焦才发光发热的。因光聚焦在中心点上发光发热就会发生对流 对环流。每一个中心点上有一组或多组对环流层，接近中心的对环流层可带动中心转动自转，远离中心的对环流层可推动天体、星系、恒星、物体、物质、行星等等绕中心公转。月球有气态层只有局部的对流没有对环流所以没有自转只有公转，月球公转是地球最外面的一组对环流层推动月球绕地球公转的……其它行星的卫星公转类同。靠近地壳的对环流层(有对流层与中间层组成交替环流）带动地球自转其他行星自转类同。地球月球在同一个圆球面内被太阳系的对环流层推动绕太阳公转的其他行星公转类同。太阳系圆球面内全部行星被银河系的对环流层推动绕银河系中心公转的其他恒星系公转类同。银河系圆球面内的恒星系被总星系的对环流层推动绕总星系中心公转的其他星系仙女系公转类同。总星系圆球面内的星系被更大的对环流层推动绕更大的中心公转。就这样以此类推外面外层到底有多少层次我不敢下决定…… 根据天文文明可能有三十六层。我们是被套在圆球内从最大的圆球一直到最小的圆球……大圆球套比它小的圆球。就这样圆球中有圆球，我们是被几十层的圆球套着。
Google研究团队提出的“量子霸权”对人类和世界将产生哪些影响
关于谷歌实现“量子霸权”的相关解读已经很多，总体来说，意义很大，但实用性还不够。希望详细了解的可以去看论文，还有谷歌发布的相关文章，这里不做重复，主要从一个普通大众用户的角度来聊下这个话题。
为什么谷歌实现了“量子霸权”？
很多科技产品都在突出计算能力，比如现在性能越来越好的电脑，智能手机，游戏机，这是用户的需求。然而从更大的角度来说，在这个世界上，最最看中和需要运算性能的其实是类似谷歌这样的公司。
谷歌因为搜索而知名，成为科技巨头，而搜索背后就非常依赖运算能力。谷歌之所以能够不断提升搜索的最终效果，也离不开其对服务器的投入。如果谷歌掌握了更为强大的运算能力，对于其业务有这极大的利好。目前谷歌是一家人工智能公司，AI同样需要解决算力的问题，所以，谷歌对于量子计算可能带来的强大计算能力垂涎三尺。
量子计算和外界的看法
对于谷歌实现了“量子霸权”，外界总归还是两种看法，看衰和期待。作为科技方面的突破，期待很自然。之所以有一些看衰的声音，其中一个原因为并不是谷歌一家在做量子计算。IBM就曾经对谷歌的量子计算表示了不同的看法，其中竞争意味十足。另外，像微软和英特尔这样的企业也在不断对量子计算进行投入。总之，既然量子计算如此重要，等到量子计算开始普及的时候，也是各巨头开始角力的时刻。
技术方面的竞争，外界的不同看法，吃瓜群众的讨论，这些对于量子计算的普及其实非常有意义，是对量子计算如何使用的一种筛选，同时也会促进量子计算的进展。
量子计算的影响
问题中提到了对人类和世界将产生哪些影响？这个问题有些大，这里到时觉得量子计算未必会对我们产生非常巨大的影响。
人工智能普及的时候，外界有很多担忧，也非常看中其对我们产生的影响。然而实际上，人工智能在发展的过程中经历过低潮，而在最近大范围普及的过程中，其所产生的影响也未必得到外界的足够重视，也就是说，即使量子计算走到了使用的阶段，其带来的影响也未必引起外界足够的重视。
参照人工智能技术普及的过程，技术本身并没有带来什么，真正带来实际改变的是围绕用户的具体应用，比如语音交互，面部识别，拍照的背景虚化等。从这个角度来说，量子计算也有这类似的情况，其巨大的作用在于改进当前的功能，很那创造一些新的需求出来。
新的技术一般都不会首先用在消费类产品，在量子计算机方面，IBM其实走在了前边。而面对大众消费者的谷歌，其实现“量子霸权”让人兴奋，赢在了声势。
什么是量子霸权
先亮观点：
确实是里程碑
不过等哪天用量子计算可以高效求解组合优化问题之时
再开香槟庆祝也不迟
Quantum supremacy is the potential ability of quantum computing devices to solve problems that classical computers practically cannot. Quantum advantage is the potential to solve problems faster.
--量子霸权指的是量子计算机解决了传统计算机实际中所无法解决的问题
正如 @少司命 所述
这次Google在多项式时间内实现了对一个随机量子电路的采样，而传统计算机用SFA算法大概需要50万亿core-hour(大概是一个16核处理器运行几亿年)
用常人可以听得懂的术语，即：
世界第一超算需要计算 1 万年的实验，谷歌量子计算机只用了 3 分 20 秒
可以说这是量子计算领域里程碑的时刻
因为这是“人类历史上”第一次实现量子霸权
但其实也不必过于乐观
因为“随机量子电路的采样”只是一个非常特定的任务
并且工业界实际应用意义并不大
传统计算机不能解决的问题多了去了
@运筹OR帷幄 组合优化领域中的一系列NP-hard问题也位列其中
例如：背包问题、TSP（旅行商问题）及其他许多图论问题
用传统计算机目前还不能找到多项式时间算法求解它们
即求解它们目前只有指数级复杂度的算法
（类似于今天的SFA算法求解这个采样问题）
除非可以证明P = NP
如何评价波恩大学 Norbert Blum 关于 P≠NP 的证明？www.zhihu.com
例如仅仅50个自变量
最坏情况的求解时间或内存需求就要2^50！！！
然而
它们中的很多具有巨大的实用价值
被广泛应用于 @运筹OR帷幄 供应链、物流、交通、能源、生产等优化问题中
『运筹帷幄』人工智能|数据科学|运筹学交叉zhuanlan.zhihu.com
我不懂物理更不懂量子物理
所了解的量子计算皮毛
也是从运筹学与之交叉的领域盲人摸象
借着谷歌的量子霸权为大家科普（蹭热度）运筹学与量子计算的交叉
如有纰漏敬请评论探讨
量子计算被认为未来可能可以用来“高效”求解运筹学研究的组合优化问题（NP难）
运筹学半正定规划（SDP）领域目前由在研究假设量子计算硬件成熟的情况下
如何在其新的机制设计量子计算机下的算法
求解传统计算机指数级复杂度的NP难问题
这里分享一个IBM T.J. Waterson研究员Giacomo Nannicini 运筹学博士学术报告slides
Nannicini博士是巴黎综合理工计算机博士（运筹学组合优化方向）
卡耐基梅陇Tepper商学院运筹学博士后
新加坡科技設計大學助理教授（MIT Sloan商学院访问学者）
随后是如今的Research Staff Member at IBM
标题为：
An introduction to quantum computing, without the physics
无需物理知识的量子计算介绍
其实更多地从运筹学、算法的角度理解量子计算
预览：
链接：
http://www.iasi.cnr.it/aussois/web/uploads/2019/slides/nannicinig.pdfwww.iasi.cnr.it
Giacomo Nannicini博士还以
“An introduction to quantum computing, without the physics“
标题为名写了一篇paper
摘要如下
Abstract: This paper is a gentle but rigorous introduction to quantum computing intended for discrete mathematicians. Starting from a small set of assumptions on the behavior of quantum computing devices, we analyze their main characteristics, stressing the differences with classical computers, and finally describe two well-known algorithms (Simon’s algorithm and Grover’s algorithm) using the formalism developed in previous sections. This paper does not touch on the physics of the devices, and therefore does not require any notion of quantum mechanics. Numerical examples on an implementation of Grover’s algorithm using open-source software are provided.
预览：
谷歌量子霸权遭IBM质疑：经典计算机只需2.5天就能完成相应计算，你怎么看
上个月，谷歌声称实现“量子霸权”引起了人们的关注，谷歌表示使用一个53量子比特的计算机实现了传统的计算机难以完成的计算工作，世界第一超算需要计算一万年的工作，在谷歌的量子计算机上只需要3分钟。
然而最近IBM却站出来反驳了谷歌的这一说法，IBM认为谷歌所谓的需要超算运算一万年的计算量事实上只需要使用经典超级计算机就可以在2天半内完成，一时间谷歌的的“量子霸权”也再次占据人们的视线。
IBM一位从事量子计算的研究者表示此次谷歌所实现的运算是他们精心挑选的，事实上经典计算机只需要2.5天就能够完成谷歌生成的一万年才能够完成的运算。IBM的科学家虽然并没有经典超算来实现这些运算，但是也给出了详细的模拟策略和时间估算方法，同样十分具有说服力。
对此，10月23日谷歌现任CEO皮蔡也在媒体上承认了目前的量子计算机距离能够真正造福人类尚有一段距离，目前还没有实用性，但是皮蔡也将此次的运算比作莱特兄弟在1903年的首次试飞：“12秒的飞行也同样没有使用价值，但是它证明了人类这一飞行方案的可行性”，借此表述谷歌此次的量子运算有着划时代的意义。
事实上量子霸权的翻译本身就是有问题的，这一概念本身由美国一位理论物理学家在2012年提出，并命名为Quantum Supremacy，翻译为“量子至上”更为合适。它所说的是量子计算机将可以完成一些经典计算机无法完成的运算，用“霸权”来形容谷歌的这一突破确实容易有歧义。
相比经典计算机，量子计算机确实有着其无与伦比的优越性，经典计算机使用0/1来实现数据的存储与运算，而量子计算机则有着传统计算机所没有的量子叠加态，这使得有着53个量子比特的谷歌Sycamore处理器的一次运算能够相当于经典计算机2^53次计算。
然而目前的量子计算机的运算能力并不能够简单地换算为我们所认知的运算，量子计算机目前只能实现特定的算法，相比经典计算机，它并没有产生太多实用的价值。
此前提出量子至上理论的科学家John Preskill就对于谷歌此次的突破表示了肯定，但是他同时也表示此次所谓的传统计算机需要运算一万年才能够完成的运算并没有实用性，目前我们也并不能够用让它的强大算力来造福人类。
从IBM的质疑和科学家的谨慎表述来看，谷歌此次的突破确实值得庆贺，但是尚不能够投入到实用当中并产生实际价值，预计量子计算机真正造福社会还需要数十年的时间。
何为量子霸权
量子霸权就是实现了量子计算的形象说法。量子信息与经典信息不一样。量子信息都是以“子集”形式出现。量子计算也叫“集合运算”；它不是像我们经典计算机运行的经典运算，一个数一个数的运算，如，2+3=5，2×3=6，这样一个数之间的操作、运算，量子计算是集合之间的操作、运算，例如，A+B=C，A、B、C都是一个子集合，量子计算机运算一次是操作或运算一个2的n次方个数的子集，这个n就是量子计算机位数，如，谷歌说实现了54位“量子霸权”，就是说实现了54个量子比特位的量子计算，一次运算操作的数是2的54次方个数。
要真正实现量子计算机，关键的关键实现了量子逻辑，没有量子逻辑的量子计算，只是个“空架子”，用处不太大。而且，还不一定真实现了量子计算，所以才有“撤稿风波”。这次又高调宣布，估计又是个“完蛋货”！总之，没想出来怎么实现量子逻辑，“来也匆匆，去也匆匆，一切一阵风”。
3分20秒解决超算要算1万年的问题，谷歌宣称的量子霸权真的来了吗
量子计算机各大科技巨头已经开始在研究了，时不时会暴出消息，传说运算惊人！！但对平民百姓来说只是期待它能早日出现，尽早带给自己快感体验就好。原理我们不懂，也不用懂！反正现实生活中数量繁多时，加减法比乘除法慢得多。量子计算机也许是改变传统计算机的运算方法达“快“的体验吧！但命名“量子“很高深！！！期待早日体验到它。
如何评价IBM驳斥谷歌「量子霸权主张」，称其夸大量子计算性能误导公众
量子科技做为当代最有发展可能的科技之一，可能对未来人类社会进步，会产生难以估量的影响，谁掌握量子前沿投术及应用，谁就会在量子科技领城占领制高点，由于各国各区域的历史发展的轨迹不同，而形成的意识形态不同，具有零合思维的意识的人，掌握了量子科技的前沿技术，必然服务于霸权，如美国为代表的西方世界。而具有互利共赢的东方思维国家，则会用掌握量子科技技术为建立人类命运共同体服务，造福于人类。目前美国对我国科技进步打压的做法，是霸权思维的具体表现，但这都是螳臂挡车的行为，世界一旦形成大势，没有任何力量能够阻挡，量子科技发展和突破必然在中国实现，美国的科技霸权必然在中国失效。
