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| 本文作者： 付靜 | 2021-03-19 17:34 |
2020 年 12 月 4 日，我國成功達到量子計算研究第一個里程碑量子計算優(yōu)越性（Quantum Computational Advantage）的新聞刷屏。
當天，中國科學技術(shù)大學宣布，由潘建偉、陸朝陽領銜的研究團隊構(gòu)建了 76 個光子 100 個模式的量子計算原型機「九章」。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊 Science，題為 Quantum computational advantage using photons（用光子進行量子計算的優(yōu)越性）。
當時這一消息受到國內(nèi)外各大媒體的報道，引發(fā)網(wǎng)友熱議。不過，北京大學教授涂傳詒曾先后兩次就「九章」發(fā)文表示質(zhì)疑，對此兩位「九章」作者潘建偉、陸朝陽做了回復。
目前，“如何看待北大涂傳詒院士等人質(zhì)疑「九章」：不是量子計算機、沒有實現(xiàn)「量子霸權(quán)」？應該如何正確認識？”這一話題已登上知乎熱榜，瀏覽數(shù)超 113 萬。
「九章」是 76 個光子的量子計算原型機，由中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作構(gòu)建而成。
中國科學技術(shù)大學官方表示：
根據(jù)現(xiàn)有理論，這一量子計算系統(tǒng)處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍（“九章”一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年）。等效地，其速度比 2019 年谷歌發(fā)布的 53 個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍。
【“九章”光路系統(tǒng)原理圖（圖源中國科學技術(shù)大學官網(wǎng)）】
關(guān)于高斯玻色采樣，《知識分子》曾做過解釋：它是一種復雜的采樣計算，其計算難度呈指數(shù)增長，很容易超出目前超級計算機的計算能力，適合量子計算機來探索解決。它是 “玻色采樣” 的一種，而玻色采樣是量子信息領域第一個在數(shù)學上被嚴格證明可用于演示量子計算加速的算法。
也就是說，通過高斯玻色取樣，「九章」的量子計算優(yōu)越性得到了證明。
另外，其量子計算優(yōu)越性不依賴于樣本數(shù)量，克服了谷歌“懸鈴木”53 比特隨機線路取樣實驗中量子優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。“九章”輸出量子態(tài)空間規(guī)模達到了 10 的 30 次方（“懸鈴木”輸出量子態(tài)空間規(guī)模是 10 的 16 次方，目前全世界的存儲容量是 10 的 22 次方）。
這一成果表明我國量子計算機算力已全球領先，也受到了諸多認可，比如：
Science 審稿人評價：這是一個最先進的實驗、一個重大成就。
德國馬克斯·普朗克量子光學研究所所長、沃爾夫獎得主、富蘭克林獎章得主 Ignacio Cirac 表示：這是量子科技領域的一個重大突破，朝著研制相比經(jīng)典計算機具有量子優(yōu)勢的量子設備邁出了一大步。
麻省理工學院副教授、美國青年科學家總統(tǒng)獎得主、斯隆獎得主 Dirk Englund 評價：這是一項劃時代的成果。
加拿大卡爾加里大學教授、量子科學和技術(shù)研究所所長 Barry Sanders 表示：這是一項杰出的工作，改變了當前的格局。
不過，正如很多科研成果一樣，「九章」也同樣受到了質(zhì)疑。
公開資料顯示，發(fā)出質(zhì)疑聲音的涂傳詒教授，系空間物理學家、中國科學院院士、第三世界科學院院士，也是北京大學地球與空間科學學院教授、博生生導師。涂傳詒教授 1964 年畢業(yè)于北京大學地球物理系，主要研究領域包括空間物理學、太陽風湍流、太陽風動力學與日球?qū)游锢淼取?/p>
涂傳詒教授兩次通過北京大學空間物理研究所官方微信號“pku 空間所”發(fā)文。
先是 2020 年 12 月 21 日，題為《雜談｜是量子計算，還是光學實驗？》的文章發(fā)布（詳見：https://mp.weixin.qq.com/s/waFMuACgw91h3G6Ok5hapQ）。
文章開篇首先表明：
對于實驗的先進性、實驗解決的問題、實驗技術(shù)的挑戰(zhàn)，沒有爭論。
不過涂傳詒教授認為，從論文的標題《用光子進行量子計算的優(yōu)越性》就可看出，作者認為其用光子做的實驗就是量子計算。
這可能會導致如下爭議的出現(xiàn)：
模擬“高斯玻色取樣”的過程是物理實驗還是量子計算？
實驗裝置是不是量子計算機？
實驗獲得結(jié)果的速度與超級計算機數(shù)值模擬該項任務的速度比較是否有意義？
所以涂傳詒教授的結(jié)論是：
研究混淆了“實驗”與“計算”的概念，所做的光學實驗與量子計算無關(guān)，“九章” 機器不是量子計算機，不能直接顯示量子計算的優(yōu)越性。
他也在文章中明確了一點：討論這些問題不涉及學術(shù)，但這是社會關(guān)心的熱點問題，討論這一問題，對于厘清相關(guān)名詞和語言的概念是重要的，對于準確描述相關(guān)科技現(xiàn)狀是重要的，對于公眾的理解是重要的。
隨后在 2021 年 3 月 11 日，《對“九章-光量子計算機” 的理解》一文發(fā)布（詳見：https://mp.weixin.qq.com/s/iZySLyxOmHrl3Mq4JaZKxw）。
在這篇文章中，涂傳詒教授提到：
雖然研究團隊在論文發(fā)表后通過網(wǎng)上直播講座聲明九章是“專用量子模擬機”或“量子硬件處理器”，但該論文仍在公眾中造成嚴重誤導。
涂傳詒教授表達的邏輯有這樣兩層：
論文發(fā)表前經(jīng)過了嚴格評審，且其評審人恰是 7 年前提出“玻色采樣”實驗項目文章的作者 Scott Aaronson，因此人們自然會將“光量子計算機”理解為是一臺通用量子計算機，認定中國的“量子計算機”顯示了量子計算的優(yōu)越性。
Scott Aaronson 7 年前的文章明確指出，玻色采樣實驗沒有通用量子計算機的功能，且玻色采樣的目的不是數(shù)學計算。因此，該研究結(jié)果不符合審稿人本意。
文章中，涂傳詒教授對相關(guān)概念進行了界定、對概念的混淆和誤導進行了討論，并指出：
從任何角度說，玻色采樣實驗都不是計算過程，也不是模擬過程，與量子計算也沒有任何關(guān)聯(lián)；九章機器就是玻色采樣的實驗設備，與通用量子計算機沒有任何關(guān)聯(lián)。
值得一提的是，他也表示：
在撰寫這篇評論過程中咨詢過多位專家，并與該文作者通過電子郵件進行了有益的討論。
針對上述質(zhì)疑，「九章」研究團隊的潘建偉教授、陸朝陽教授共同撰文做出回應（詳見：https://mp.weixin.qq.com/s/mL37h4ZLVc-NmdmxN_kGWA）。
兩位教授提到：
北京大學涂傳詒院士多次在公眾號發(fā)表質(zhì)疑文章，長期多次來信與我們交流，并發(fā)函至中國科學院發(fā)表意見。
他們將涂傳詒教授的觀點總結(jié)為：第一，“九章”不是量子計算機，沒有實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性；第二，“九章”論文和中國科大的新聞稿使民眾誤認為實現(xiàn)了通用量子計算機。
對此，潘建偉、陸朝陽教授也給出了兩點回答：
根據(jù)量子信息領域國際定義和共識，“九章”是光量子計算機。根據(jù)嚴格的計算復雜度證明、實驗數(shù)據(jù)論證、國際評審以及廣泛的同行評價，“九章”在目前最好的理論框架下，明確無誤實現(xiàn)了量子計算優(yōu)越性。
論文和中國科大新聞通稿都清楚表明，“九章”實現(xiàn)了量子計算的第一個里程碑“量子計算優(yōu)越性”，讀者只要認真閱讀過論文和新聞稿就不會誤解“九章”是通用量子計算機。
兩位教授認為，研究成果遭到質(zhì)疑，可能是因為“涂先生和部分科學愛好者對于量子計算和玻色取樣的專業(yè)概念的理解存在偏差”。
文章中，兩位教授論證、強調(diào)了以下幾方面：
涂先生說的“量子計算機這一說法沒有出處”顯然與事實不符?！熬耪隆惫饬孔佑嬎銠C這一名詞的使用完全符合國際學術(shù)界長期建立起來的規(guī)范和標準的定義。
在現(xiàn)代科學高度細化的今天，即使是同一個大領域的學者也無法很快詳細了解一個子方向的細節(jié)和物理意義。因此，現(xiàn)代科學的通行規(guī)則是由專業(yè)的小同行來進行學術(shù)評價。而根據(jù)國際專業(yè)評審以及廣泛的同行評價，“九章”在目前的理論框架下明確無誤演示了量子計算優(yōu)越性。
（雷鋒網(wǎng)注：涂傳詒教授主攻空間物理，屬于地球物理學下設的二級學科，而地球物理是以地球為對象的一門應用物理學；潘建偉教授團隊主攻量子物理，這是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學分支。）
考慮到輿論環(huán)境、創(chuàng)新氛圍，部分領域?qū)W者對于科技創(chuàng)新的新名詞可能抱有非常傳統(tǒng)和保守的態(tài)度，為避免引起外界的過度解讀，中國科大課題組在多方面努力采取了更為中性的表述。在線上直播中，課題組成員借用了更加細化的稱呼，這些說法絲毫不削弱工作本身的重大科學意義，也不該被斷章取義。
值得關(guān)注的是，這篇文章及其后記里不乏很多立場鮮明的表述，比如：
涂先生和部分科學愛好者吐槽“九章 1+1=2 都算不了”，其實通過調(diào)節(jié)硬件設置，“九章”很容易可以計算 1+1=2，但這無異于殺雞用牛刀。事實上，涂先生和少數(shù)網(wǎng)民指出來的是 15 年前領域的發(fā)展水平。
為了更便于理解，我們舉一個貼近生活的例子。如同量子計算機的研究是為了解決傳統(tǒng)計算機難以求解的問題，汽車、飛機和火箭的產(chǎn)生也是為了突破先前傳統(tǒng)交通工具難以企及的界線。但是，人們不會追求“大而全”而要求飛機要載人散步爬樓梯，等等。
筆者覺得，叫什么名字是不重要的，重要的是能干什么。套用一句名言：“解決問題的能力是評價量子計算的唯一標準。”太空飛船一定要是在水里游的船嗎？機器“人”一定要按照原來的“人”的標準來定義嗎？原子“彈”非要遵循常規(guī)子彈的條條框框嗎？分子“馬達”必須長得符合普通大眾對馬達的固有印象嗎？
筆者再次感謝涂先生對我們工作的關(guān)心和對我們實驗的高度評價。正因為我們非常敬佩他認真的態(tài)度，本著求真的精神，我們也非常認真地指出他并沒有完全理解該實驗涉及到的量子計算知識。
文章最后，兩位教授表示：
量子信息科學從本世紀初在國內(nèi)甚至被認為是偽科學，到目前成為幾乎所有發(fā)達國家的重大戰(zhàn)略，該領域也是一直在質(zhì)疑聲中不斷成長和被接受。在這個過程中，我國已經(jīng)逐步取得了在量子通信領域領跑和在量子計算領域并跑的公認的國際地位。我們會繼續(xù)充滿著極大的感恩、耐心和信心，努力取得更好的成績回饋社會。
雷鋒網(wǎng)注意到，不少網(wǎng)友評論：
還是那句話，外行不能指導內(nèi)行。
回應說理解存在偏差，其實就是說你不懂，隔行如隔山。
真理越辯越明。
或許這次爭論也能帶來不同的價值。
最后一問：對此，你怎么看？
引用來源：
https://science.sciencemag.org/content/370/6523/1460
https://www.zhihu.com/question/435956971
https://www.space.pku.edu.cn/team/faculty/304896.htm
https://news.ustc.edu.cn/info/1055/73418.htm
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