原标题：谷歌宣布实现“量子霸权”究竟霸道在哪里？量子计算机潜在材料突破者，马里兰大学科学家冉升专访：应用之路漫漫，但仍让人期待！ 来源：1Media
10 月 23 日，《自然》（Nature）杂志在官网上放出了重磅消息：谷歌“量子霸权”论文重新发表。谷歌表示他们已经成功实现“量子霸权”，达成人们期待已久的量子计算技术里程碑。
谷歌 CEO Sundar Pichai与量子计算机 图：谷歌
那么，量子霸权到底是什么？谷歌是否真正实现了量子霸权？实现量子霸权又有什么意义？
带着这些疑问，源媒体记者采访到了马里兰大学博士后，美国国家标准与技术研究所（NIST）访问学者冉升博士。
冉升博士
2019年，冉博士在Science期刊上以第一作者身份发表题为《近铁磁三重态超导》（Nearly ferromagnetic spin-triplet superconductivity）的论文，在探索用于建造量子计算机的潜在材料方面取得突破。
以下为访谈实录：
源媒体记者：请问“量子霸权”是怎样的概念？
冉升：量子计算机的概念从提出来到现在已经几十年了，我们知道量子计算机肯定是有超越经典计算机的潜力的，但是实现起来其实特别困难。
我们都知道，经典计算机使用的是经典比特，也就是0和1,也就是一个字符。假如你有一百个经典比特，它能存储多少信息？也就是一百个字符的信息。可是这个放在量子比特是不成立的。一个量子比特同时具备0和1这两种状态，也就是说一个量子比特就包含了两个字符的信息量了。那么一百个量子比特能存储多少字符信息呢？答案是2的100次方个。也就是说量子比特的信息量和比特数是一个级数的关系。2的100次方是很大的数字了，宇宙学认为我们整个宇宙的原子数量是2的300次方个，可想而知这个信息量有多么庞大。
量子计算的发展道路非常漫长，所以我们给它划分了几个阶段，设立了几个小目标。第一个小目标就是所谓的“量子霸权”，这个概念是2011年加州理工的科学家提出来的。“量子霸权”的英文是quantum supremacy, 直译成“量子霸权”其实是有误导性的，会让人以为量子计算机可以完全超越经典计算机。但这是不准确的。目前的量子计算机只是在特定的计算任务中超越了经典计算机，而这些任务目前在现实生活中是没有意义的。所以更好的翻译应该是“量子优越性”，而不是“霸权”。
源媒体记者：目前也有人对谷歌的成就表示质疑。比如IBM就认为虽然这是一个里程碑，但谷歌的实验有缺陷，执行同样的计算实验，经典计算机可能也只需要 2.5 天，远远没有谷歌所说的 1 万年那么夸张。对此您怎么看？
冉升：我认为这种争议和质疑是没有意义的，量子霸权毫无疑问是巨大的突破。因为量子计算机使用的是完全不同的算法，在谷歌的这次试验中有一个比特是坏掉的，如果再增加一个比特那它的速度是肯定会呈指数型增长，一定超越经典计算机。也就是说量子计算机跟经典计算机是完全不同的概念。
源媒体记者：量子计算将会如何发展？
冉升：我们先得了解一下量子计算的三个阶段，也就是我们设定的小目标。第一阶段就是“量子霸权”，也就是量子计算机在特定的计算任务中能超越了经典计算机。第二阶段的发展就是要让量子计算发挥应用价值了，我们预计在2025年左右能达成第二阶段目标。第三阶段才是真正量子计算机的普及，大家估计在2040年左右才能实现。所以这个过程将会是很漫长的。
源媒体记者：请问量子计算机在应用方面有哪些前景？
冉升：目前我们认为量子计算机至少在两个方面可以有它的应用前景。第一个就是大数分解，也就是把很大的数字分解成两个小数字的乘积，这个听起来不稀奇，但在实际应用中有非常大的作用。举个例子，我们现在的常用加密系统就是基于质因数分解的，也就是把一个大数拆解成质因数的乘积。在经典计算机上，这个运算可能会需要几万年的时间，也就是我们所说的任务不可完成。而量子计算机可以在极短的时间里就破解一个质因数，因此我们的加密系统就会发生变革。
第二个可能应用的就是在生物制药领域。我们目前在制药领域如果想要产生新的有机大分子可用的方式还是跟爱迪生发明电灯泡时的方法一样，也就是靠不断地尝试新物质然后才能知道这些物质对治疗哪方面疾病可能有用。但是如果真正量子计算机到了使用阶段，它可以直接去模拟这些物质，我们就能对这个物质有一个非常清晰的了解。当然，这些大分子的模拟非常复杂，实现这个目标还有很长的路要走，但模拟一些简单的小分子就相对容易一些。比如说氨分子。氨分子只有四个原子，但这些原子对人类非常重要，因为它可以作为化肥。每年，全人类在生产氨上面要花费2%的能源。一旦我们能用量子计算机可以模拟氨的所有物理过程，我们就可以用一种非常低能量的方式来进行氨的生产，就能很大程度上节省能源。
源媒体记者：中国目前在量子计算领域表现如何？
冉升：量子计算实际上有好几种不同途径，各个国家和团队在研究上的侧重点是不同的。谷歌的研究是利用超导做量子计算，达到了50个量子比特，而中国的团队则在光子体系的研究方式上处于领先地位，在某些特定任务下也实现了世界最佳。中国目前大概能达到20个量子比特，虽然与美国研究还是有差距，但没有代际差异，是紧密跟随的。
另外还有团队在做的研究方式是利用束缚离子，该领域目前最强的团队就在美国马里兰大学。那么在量子点的研究上，据我所知是澳大利亚的一支团队较为突出。
源媒体记者：您的研究目前集中在量子计算哪个方向呢？
冉升：目前量子计算领域最大的问题就是如何让量子呈现相干态，让它们能协同运行，因为这种协同是非常容易被破坏的。因此目前量子计算最亟待突破的地方也就是如何提升协同性以及保持协同的时间。
在之前的研究中很多人的重点都放在了如何纠错上，但也有人提出了完全不同的思路，也就是能不能有一种不需要纠错的量子比特，让它天然就保持相干态。举个例子，我们都知道，甜甜圈的中心有一个洞。当你咬一口甜甜圈的时候，它的形状被改变了，质量也变了，但只有中心这个洞的性质没有变。这种性质在数学上被称为拓扑性质。如果我们能生产一种基于拓扑物态，不容易被破坏性质的量子比特，那它的相干性就能得到长时间地保持。
但之所以没有造出这样的量子比特是因为能够承载这种量子比特的拓扑物态还没有实现。也就是说，还没有一种材料可以作为这种拓扑物态造出这样的量子比特。而我的研究方向就是在寻找这样的拓扑物态，有了这种拓扑物态相当于造手机时有了硅，我们才能造芯片；造量子计算机时有了金刚石，才能造出量子计算机。这就是我研究的方向，非常基础但也是很前沿的一个科研方向。一旦我们领域有所突破，一定会为量子计算机带来巨大突破。
更多详情请看冉升博士在源媒体和复旦大学华盛顿校友会联合主办的独家专题讲座：
详解谷歌“量子霸权” 复旦校友会讲座 - 量子计算与量子计算材料的发展
Youtube视频链接:
https://www.youtube.com/watchv=J7BY5NFoIbQ&t=16s
