谷歌再称实现“量子优势”——但科学家们持怀疑态度

谷歌研究人员再次宣称实现了量子优势——即量子计算机相较传统计算机能极大加速计算的能力。这并非该公司首次提出此类声明，但研究人员表示，他们最新名为“量子回声”的算法有望解决包括推导分子结构在内的科学问题，理论上也可在其他量子计算机上复现。

谷歌位于加州圣巴巴拉的量子计算实验室负责人哈特穆特·内文在宣布前的记者吹风会上表示：“该算法为实际应用提供了可能。”他补充道，公司乐观地认为，五年内量子计算机将具备实际用途。

然而，10月22日发表在《自然》杂志上的这一量子优势声明引发了部分研究者的谨慎态度。纽约大学量子物理学家德里斯·塞尔斯指出：“举证责任应很高。”尽管该论文对多种传统算法进行了“认真测试”，但并没有证据表明不存在高效的传统算法。“我个人认为，这不足以支撑如此重大的声明。”

另一些研究者则认为，如此快就承诺实际应用还为时过早。新罕布什尔州达特茅斯学院的量子物理学家詹姆斯·惠特菲尔德表示，这项技术进步令人印象深刻，但“要想突然解决某个具有经济价值的问题，这种想法有点牵强”。

谷歌研究人员及其合作者在提交至arXiv的预印本研究中，详细阐述了如何将该算法应用于简单分子。他们通过量子模拟预测了分子结构的某些特征，并利用核磁共振（NMR）测量证实了这些发现。但目前，该方法只能应用于那些已能通过传统方式高效模拟的分子，例如芳香族液体甲苯。

谷歌量子人工智能部门驻德国慕尼黑的研究科学家汤姆·奥布赖恩在吹风会上表示，要将“量子回声”算法应用于更复杂的系统，需要噪声更低的硬件或仍在研发中的纠错方法。

该演示使用了谷歌的Willow芯片，该芯片利用105个微型超导电路存储信息，这些电路即量子比特（qubits），是传统信息比特的量子对应物。谷歌的算法能够检测计算机不同遥远部分之间微妙的量子联系，这种联系通常会因设备众多量子部件之间的相互作用而被扰乱和丢失。研究团队将他们的方法比作利用回声绘制洞穴地图：包括运行一系列操作、扰动一个量子比特，然后反向运行这些操作。测量结果会揭示单个量子比特在整个系统中的相互作用痕迹。

为将该算法应用于分子，研究人员让量子比特模拟原子核的“自旋”——这种量子特性使每个原子核像一个小条形磁铁。核磁共振通过测量这些自旋之间的磁相互作用来揭示分子结构，但当原子核相距太远时，该技术就会失效。奥布赖恩表示，通过用量子比特模拟自旋，“量子回声”算法可以梳理出长距离相互作用，从而提供比单独使用核磁共振更多的结构信息。