北京時(shí)間 10 月 23 日晚，《自然》(Nature)雜志在官網(wǎng)上放出了重磅消息：一個(gè)月前被 NASA 發(fā)表又火速撤下的谷歌“量子霸權”論文重新發(fā)表，稱(chēng)其是量子領(lǐng)域中“Hello World”一樣的里程碑事件。

　　與此同時(shí)，谷歌 AI 量子團隊也發(fā)布了一條視頻，講述其如何實(shí)現了“量子霸權(Quantum Supremacy)”。

　　從論文刊登的時(shí)間線(xiàn)上來(lái)看，谷歌于今年 7 月 22 日遞交了論文，而被 NASA 發(fā)表的那天正是它被正式接受的時(shí)間。谷歌在媒體發(fā)布會(huì )上表示，NASA在內部審核時(shí)出現了失誤，錯把已經(jīng)接受但還不應該顯示的文章發(fā)布了出來(lái)，而且是初版?？磥?lái)面對如此重大的研究成果，強如 NASA 也有些急不可耐。

　　除了副標題、格式和補充資料，論文的主體內容和結論幾乎沒(méi)有變化，但谷歌研究團隊在評審過(guò)程中收到了很好的反饋，決定在論文中增加大量的技術(shù)細節資料作為補充，因此在NASA誤發(fā)論文時(shí)選擇了暫時(shí)沉默，不希望評價(jià)不完善的論文。

　　谷歌在論文中表示，自己已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一款54量子比特數的量子芯片，名為Sycamore，由鋁、銦、硅晶片和超導體(約瑟夫森結)等材料組成，每個(gè)量子比特和臨近的4個(gè)量子比特耦合。

　　不過(guò)，實(shí)際上執行運算的只有 53 個(gè)量子比特和 86 個(gè)耦合器，剩下的 1 個(gè)量子比特無(wú)法正常工作。

圖 | 谷歌 Sycamore 量子芯片

　　通過(guò)一系列實(shí)驗和計算，谷歌研究人員開(kāi)發(fā)了一套高保真度的糾錯流程，進(jìn)而對芯片展開(kāi)測試，最終得出結論，同樣是對一個(gè)量子電路產(chǎn)生的隨機數字采樣 100 萬(wàn)次， Sycamore 芯片支持的量子計算機只需要 200 秒，同時(shí)維持很低的誤差率，而世界最強超算 Summit 需要 1萬(wàn)年。

　　按照 2012 年加州理工學(xué)院量子理論物理學(xué)大牛 John Preskill 提出的“量子霸權(Quantum Supremacy)”的定義，量子計算設備可以超越經(jīng)典計算設備，解決后者無(wú)法解決的計算任務(wù)。這種情況曾在 2018 年 10 月被證明理論上行得通，而谷歌的實(shí)驗結果則標志著(zhù)量子計算機在解決一個(gè)隨機采樣任務(wù)上超越了經(jīng)典計算機，甚至意味著(zhù)只能在量子處理器上執行的計算任務(wù)誕生。

　　這也是為什么谷歌論文中提到了自己“在這一特定計算任務(wù)上實(shí)現了量子霸權”，甚至樂(lè )觀(guān)地表示量子處理器的計算能力或將遵從“量子摩爾定律”，計算性能每幾年就翻一倍，也許離有價(jià)值的實(shí)際應用只差一個(gè)創(chuàng )造性的算法了。

　　不過(guò)，面對這樣的結論，量子物理學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界迅速分成了樂(lè )觀(guān)派和質(zhì)疑派。前者認為谷歌實(shí)現了一項偉大的科學(xué)成就，展示了一條通向可擴展量子計算的道路，狠狠地打臉那些質(zhì)疑量子計算機可行性的人。

　　而以 IBM 為首的質(zhì)疑派認為，雖然這是一個(gè)里程碑，但谷歌的實(shí)驗有缺陷，執行同樣的計算實(shí)驗，經(jīng)典計算機可能也只需要 2.5 天，遠遠沒(méi)有谷歌所說(shuō)的 1 萬(wàn)年那么夸張。除此之外，谷歌離真正的量子計算機還有很長(cháng)的路要走，因為它執行的計算任務(wù)沒(méi)有已知用途，不足以證明其通用性，而且如何實(shí)現可持續的容錯運算依然是個(gè)巨大挑戰(谷歌在論文中也承認了這一點(diǎn))。

　　換句話(huà)說(shuō)，質(zhì)疑者認為，谷歌聲稱(chēng)的“實(shí)現量子霸權”的言論是具有誤導性的。

　　話(huà)雖如此，谷歌 CEO Sundar Pichai 強調此次的研究成果對谷歌來(lái)說(shuō)具有“里程碑”式的意義，并將其與萊特兄弟發(fā)明飛機時(shí)的首次 12 秒成功試飛相比。研究團隊也在媒體發(fā)布會(huì )上呼吁大家要有耐心，將目光放的更長(cháng)遠一些，更多關(guān)注于新研究中量子芯片性能和量子計算本質(zhì)，而非糾結于量子霸權的實(shí)現與否，因為實(shí)現有價(jià)值的量子計算是一個(gè)耗時(shí)非常久的長(cháng)期項目，需要所有人一起努力。

　　截至目前，谷歌已經(jīng)在量子計算的項目上持續投入了 13 年的精力，但它究竟為什么要這么做，是什么驅使它投資一個(gè)理論上可能需要花費數十年才能見(jiàn)成效的項目呢?答案就埋藏在此次《麻省理工科技評論》對 Sundar Pichai 的獨家專(zhuān)訪(fǎng)中，以下便是此次訪(fǎng)談的內容：

圖 | 谷歌 CEO Sundar Pichai

　　麻省理工科技評論：根據論文，谷歌目前已經(jīng)在特定運算上實(shí)現了“量子優(yōu)勢”，勝過(guò)了經(jīng)典計算機，那你們離在真正意義上實(shí)現“量子霸權”還有多遠?

　　Sundar Pichai：答案很簡(jiǎn)單，我們需要一臺能容下更多量子比特且容錯的量子計算機，以便運算更復雜且通用的算法，但就像你所知道的，任何領(lǐng)域都是在一次次“突破”中從無(wú)到有，拿飛機來(lái)說(shuō)，萊特兄弟當時(shí)發(fā)明的第一架飛機僅在空中飛行了約 12 秒鐘，其設計在生活中并沒(méi)有任何實(shí)際應用，但它確實(shí)證明了飛機的概念是可行的，在這一點(diǎn)上量子計算也不例外。

　　麻省理工科技評論：除了谷歌，許多其它公司也有自己的量子計算機，比如 IBM 還為人們提供了在云端使用其量子計算機的服務(wù)，但為什么它們的設備不能完成此次谷歌所成功完成的運算呢?

　　Sundar Pichai：關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，我能說(shuō)的只是為何谷歌的團隊能完成這一運算。構建量子計算機是一個(gè)極其復雜的工程，我們團隊從晶圓和制造邏輯門(mén)開(kāi)始，一層層地制好芯片，然后用 AI 技術(shù)對運算進(jìn)行模擬，在每次測試中都一點(diǎn)一點(diǎn)地精益求精，才換來(lái)了此次的研究成果。

　　麻省理工科技評論：論文的結尾部分有這么一段話(huà)，“我們離實(shí)現具有實(shí)際應用意義的成果僅差一種具有創(chuàng )新性的算法”，這段話(huà)我們該如何解讀?

　　Sundar Pichai：其實(shí)量子計算真正令人興奮的地方在于，根據已有的物理理論，我們所處的宇宙在最根本的層面上遵循量子法則，因此早期的量子計算應用能幫助我們更好地了解宇宙的工作方式，并在后來(lái)逐漸實(shí)現能按量子物理對分子和分子間作用進(jìn)行精確模擬，在醫學(xué)和碳排放治理等涉及化學(xué)的重要研究領(lǐng)域發(fā)揮作用，比如對哈伯法 Haber Process 進(jìn)行更為深入的研究(對 Haber Process 進(jìn)行更為深入的研究將能幫助科學(xué)家找到降低化學(xué)肥料在農業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的碳排放的方法，目前農業(yè)生產(chǎn)中的施肥活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放占全球總量的約 2%)。

　　麻省理工科技評論：你覺(jué)得我們離一個(gè)能解決 Haber Process 問(wèn)題的量子運算方法還有多遠?

　　Sundar Pichai：我認為是 10 年左右，我們仍需要一段時(shí)間來(lái)研究如何才能構建出性能更優(yōu)的量子計算機，到時(shí)不光是 Haber Process，一臺通用量子計算機還能解決許多其它問(wèn)題，比如幫助科學(xué)家們找到更為高效的電池設計方案。簡(jiǎn)而言之就是，凡是與化學(xué)有關(guān)的地方，量子計算機都能派上用場(chǎng)，而這也正是我們?yōu)楹螘?huì )多年以來(lái)一直堅持進(jìn)行我們的量子計算項目，并在未來(lái)繼續為此投資。

　　麻省理工科技評論：即使是在量子計算業(yè)內，也有人認為量子計算技術(shù)會(huì )像核聚變一樣，在未來(lái)的五十年里陷入發(fā)展停滯，為何這樣一個(gè)聽(tīng)上去仿佛“深不見(jiàn)底”的發(fā)展之路會(huì )讓你看上去如此興奮?

　　Sundar Pichai：如果沒(méi)有近些年來(lái)電腦計算領(lǐng)域的持續發(fā)展，就沒(méi)有今天的谷歌。業(yè)界遵循著(zhù)摩爾定律發(fā)展，使我們能為數十億用戶(hù)提供穩定的服務(wù)，而我們也因此將自己視為一家計算科技公司。雖然人們的看法各有不同，但我們認為摩爾定律很快就會(huì )失效，而量子計算就是我們想在此過(guò)程中所取得的進(jìn)展之一。

　　麻省理工科技評論：你在 2012 年看到 AI 能從零開(kāi)始自己學(xué)會(huì )識別貓的圖片時(shí)曾說(shuō)，“這種技術(shù)或許在未來(lái)會(huì )擴大發(fā)展規模，并幫助我們理解宇宙的運行方式”，你認為量子計算是否跟 AI 技術(shù)一樣重要呢?‍

　　Sundar Pichai：那是肯定的，能實(shí)現在實(shí)驗室中操控量子位并維持疊加態(tài)對我來(lái)說(shuō)具有重要意義，因為我認為自然界最根本的運行法則與量子力學(xué)有關(guān)。我們的成果打開(kāi)了通往許多可能性的大門(mén)，而這是以前任何人都沒(méi)實(shí)現過(guò)的。

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(來(lái)源：MIT TECHNOLOGY REVIEW)

　　麻省理工科技評論：量子計算或許還需很長(cháng)時(shí)間才能被真正實(shí)現，那么，你是如何在谷歌這樣習慣了高速發(fā)展的公司里對該技術(shù)保有耐心的呢?

　　Sundar Pichai：就像你所知的，我目前正與我們的首席硬件科學(xué)家 John Martinis 共同領(lǐng)導我們的量子計算團隊，我在 26 年前曾因覺(jué)得自己沒(méi)有足夠的耐心而放棄攻讀材料學(xué)的博士學(xué)位，所以我很感謝所有在團隊中一路堅持下來(lái)了的成員，但所有的重大科技進(jìn)展都是如此，突破都是源于數十年的辛苦研究，所以你不得不對這些最前沿的技術(shù)發(fā)展保有耐心并看的長(cháng)遠一些。

　　我之所以如此激動(dòng)，是因為像此次的成果這類(lèi)具有“里程碑”式意義的進(jìn)展正在使該領(lǐng)域不斷進(jìn)步，這就好比從 1997 年的 Deep Blue 擊敗 Garry Kasparov，再到2016 年的 AlphaGo 擊敗 Lee Sedol，AI 技術(shù)經(jīng)歷了很長(cháng)時(shí)間的發(fā)展和沉淀才最終讓世人覺(jué)得“喔，AI 技術(shù)真的起來(lái)了”，而這些突破也正是人類(lèi)正在不斷進(jìn)步的體現之一。

　　拿我們自己的系統工程來(lái)說(shuō)，從多層構建到用于深度學(xué)習的 TPU，我們算法的運行速度得到了質(zhì)的提升，登月也是一樣，雖然一開(kāi)始乍看上去這一成就并沒(méi)什么其它的實(shí)際應用，但其中所涉及的技術(shù)進(jìn)步都會(huì )在后來(lái)開(kāi)花結果。

　　麻省理工科技評論：你們目前在量子計算上投入了多少資源?

　　Sundar Pichai：我們團隊跟其它公司或機構比起來(lái)應該說(shuō)是相對較小，公司對這一項目已經(jīng)持續投資多年，許多成果都是基于此前谷歌所產(chǎn)出的研究，公司對項目本身也有著(zhù)長(cháng)遠的規劃。

　　麻省理工科技評論：谷歌和 IBM 在實(shí)現量子計算的做法上有什么區別?

　　Sundar Pichai：IBM 將其設備以云的形式開(kāi)放確實(shí)很棒，這能吸引很多其他項目外的開(kāi)發(fā)人員。我認為我們的團隊也一直在確保我們一直處在量子技術(shù)發(fā)展的前列，以助力實(shí)現真正通用的量子計算。

　　麻省理工科技評論：IBM 曾表示“量子霸權”一詞具有誤導性，認為量子計算機并不會(huì )在所謂問(wèn)題上都比經(jīng)典計算機好，二者會(huì )在未來(lái)協(xié)作解決問(wèn)題，并稱(chēng)谷歌對此次所取得成就有夸大其實(shí)的嫌疑，你怎么看?

　　Sundar Pichai：答案其實(shí)很明顯，因為業(yè)內誰(shuí)都知道“量子霸權”是什么意思，但此處有爭議的點(diǎn)在于量子計算機是否會(huì )像許多人所想的那樣取代經(jīng)典計算機。我認為這與人們之前慶祝 AI 上的進(jìn)展類(lèi)似，有很多人都曾誤以為深度學(xué)習技術(shù)就是通用型 AI，這也正是我們發(fā)表成果的原因，對我們的研究進(jìn)行解釋并幫助人們更好地了解我們目前離通用型量子技術(shù)還有多遠。

　　麻省理工科技評論：AI 技術(shù)在很多領(lǐng)域為谷歌開(kāi)辟了新的服務(wù)內容，如翻譯和語(yǔ)音服務(wù)，谷歌在云端為開(kāi)發(fā)者提供工具(AI 框架 TensorFlow)，營(yíng)造了一個(gè) AI 工具開(kāi)發(fā)社區，并為工具開(kāi)發(fā)者提供專(zhuān)屬芯片服務(wù)(如 TPU)來(lái)幫助開(kāi)發(fā)者對工具進(jìn)行測試，谷歌對未來(lái)量子計算的規劃是否與此類(lèi)似?

　　Sundar Pichai：那是肯定的，就拿 AI 來(lái)說(shuō)，我們在認清深度學(xué)習這個(gè)方向前就已經(jīng)對該領(lǐng)域進(jìn)行投資和研發(fā)了。順便一提，你剛才所提到的谷歌 AI 應用其實(shí)是在向全球用戶(hù)提供服務(wù)，開(kāi)發(fā)者社區所開(kāi)發(fā)的工具也是一樣，我們很重視 AI 技術(shù)的“民主性”，會(huì )不斷努力讓越來(lái)越多的人都能訪(fǎng)問(wèn)并使用 AI 技術(shù)，而量子計算也是如此。

　　麻省理工科技評論：你覺(jué)得量子計算是否會(huì )對 AI 的發(fā)展構成影響?

　　Sundar Pichai：我認為兩者間存在著(zhù)很強的共生關(guān)系，二者都還處于早期發(fā)展階段，無(wú)疑二者將會(huì )在未來(lái)更進(jìn)一步的發(fā)展中更加互相滲透，比如 AI 可以被用來(lái)加速量子計算，而量子計算又能被用來(lái)加速 AI 算法，我認為只有將二者深度結合才能產(chǎn)出真正的果實(shí)，并助力解決包括氣候變化在內的許多急需解決的棘手問(wèn)題。

　　麻省理工科技評論：你剛才提到 AI 民主化，谷歌曾在 AI 問(wèn)題上引發(fā)過(guò)一些爭議，比如誰(shuí)有權使用以及 AI 工具應該被怎樣使用，你在處理這些爭議的過(guò)程中學(xué)到了什么，是否有引發(fā)一些你對量子計算技術(shù)的思考?

　　Sundar Pichai：在當前階段下，及時(shí)發(fā)布成果，并確保學(xué)界內的相互溝通非常重要，谷歌也在積極參與。我們已經(jīng)發(fā)布了全面的 AI 原則，而在你剛才提出的爭議領(lǐng)域，谷歌已經(jīng)在過(guò)去幾年內就這些爭議發(fā)表了 75 篇研究，我們將持續堅持并積極參與 AI 技術(shù)道德規范準則的建立。

　　我認為許多領(lǐng)域都需要適當的監管，我們希望能在相關(guān)立法和建設工作中起到建設性作用。此外，監管和準則還需經(jīng)歷一個(gè)外部反饋的過(guò)程，考慮到這些都是會(huì )深刻影響社會(huì )發(fā)展的技術(shù)，沒(méi)有人能真正說(shuō)出誰(shuí)對誰(shuí)錯，解決這類(lèi)問(wèn)題沒(méi)有捷徑，行業(yè)必須在未來(lái)的數十年里繼續共同努力，協(xié)作發(fā)展。

　　麻省理工科技評論：谷歌可能會(huì )根據 AI 原則不對某些特殊應用方向開(kāi)發(fā)工具，但谷歌的開(kāi)發(fā)平臺卻允許人們開(kāi)發(fā)任何他們想要的 AI 工具，這兩者間難道不矛盾嗎?

　　Sundar Pichai：AI 技術(shù)能被安全妥當地使用是我們最重要的開(kāi)發(fā)原則之一，人們會(huì )想要將 AI 用于測試及提升系統的安全性，這是所有新技術(shù)的特點(diǎn)，量子計算也不例外，既然量子計算能破譯普通秘鑰，就會(huì )有人開(kāi)發(fā)新一代的量子加密技術(shù)，這與我們構建了搜索引擎技術(shù)就得解決虛假鏈接問(wèn)題一樣，都是相輔相成的。

　　開(kāi)發(fā)新技術(shù)所伴隨的風(fēng)險斷然是高的，但對于其中的一部分，我們或許能通過(guò)采用“正確的發(fā)展道路”來(lái)避免，而能幫助我們實(shí)現這一效果的途徑就是全球管理統一化和詳盡的道德協(xié)議。我們明白，對于我們所開(kāi)發(fā)出的技術(shù)，我們不僅需要對它們負責，更要用這些技術(shù)來(lái)維護全球安全并助力民主發(fā)展，在這一點(diǎn)上，我們會(huì )與其它組織和機構共同努力。

　　麻省理工科技評論：是否還有其它的技術(shù)，讓你像對 AI 和量子計算一樣十分感興趣?

　　Sundar Pichai：作為人類(lèi)社會(huì )的一員，我認為我們目前十分需要更為激進(jìn)和有效的清潔能源生產(chǎn)方式，而我也對所有這些新興技術(shù)怎樣結合有著(zhù)濃厚的興趣。在醫療保健領(lǐng)域，我認為我們將在未來(lái)十年內迎來(lái)重大突破，設想未來(lái)的醫療系統和手段會(huì )怎樣基于成熟 AI 算法變得更高效，也同樣能令我激動(dòng)不已。
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