美國時間 3 月 5 日，谷歌研究博客（Google Research Blog）丟出一個深水炸彈——Bristlecone，這是一個 72 量子比特的量子芯片。

　　谷歌 Google 此次公布的 Bristlecone 的量子芯片使用了一種新的架構，允許單個陣列上的 72 個量子比特具有重疊設計，將兩個不同的網格放在一起。

▲左邊是谷歌最新的 72 量子比特量子處理器 Bristlecone 右邊是圖示：每個“X”代表一個量子比特，量子比特之間以線性陣列方式相連

　　Google 利用稱為量子糾錯（Quantum Error Correction）的專門流程對 Bristlecone 進行了優化，以盡可能降低錯誤率。正是谷歌這樣的設計，讓 Bristlecone 量子芯片在達到 72 量子比特的同時也實現了1% 的錯誤率。

　　一時間，科技圈炸開了鍋，因為這意味著，在實現量子計算這條賽道上，目前谷歌可能成為了領跑的那一個（關于量子計算機更通俗易懂的報道可以參看：量子計算機有多可怕一秒破譯全世界所有密碼！）。

　　畢竟，上周，在舊金山舉行的 IBM Inaugural Index 開發者大會上，IBM 才對外展示了其 50 個量子比特原型機和內部結構圖。

　　這個 72 量子比特的量子芯片到底意味著什么？這并不表示，谷歌已經造出了 72 量子比特的量子計算機，只是離這個目標更近了一步，這條路還很長，所以科技圈也不要太嗨。從 72 量子比特芯片到 72 量子比特的量子計算機中間還存在很多需要攻克的障礙，比如，目前超級計算機所能模擬的最大量子比特數為 46 量子比特，而 72 量子比特所需要的 RAM（Random-Access Memory，隨機存取存儲）是 46 量子比特的數百萬倍。

　　谷歌可能憑 Bristlecone 實現量子霸權

　　2017 年 11 月的《自然》雜志采訪中，谷歌量子計算專家約翰·馬丁尼（John Martinis）提出，當一臺量子計算機具有大約 50 量子比特的時候，其計算能力和速度將超過世界上任何計算機，能解決經典計算機所解決不了的問題。

　　因此，業內也將達到 50 量子比特的計算機稱為達到了“量子霸權/量子優越性（Quantum Supremacy）”，即 50 量子比特的量子計算機優于現在的任何一臺經典計算機。

　　不過，要實現量子霸權，僅僅達到高數量的量子比特是不夠的。量子比特的低錯誤率至關重要，不然就會影響計算結果。只有足夠多的量子比特和足夠低的錯誤率才能實現一個真正實用的量子計算機。

　　根據谷歌的說法，實用量子計算機的最低錯誤率必須在1% 以內，并且接近 100 個量子比特。從這次公布的 Bristlecone 量子芯片來看，谷歌似乎已經達到了這個目標，Bristlecone 量子芯片達到 72 位量子比特，錯誤率為1%，單量子比特門錯誤率為 0.1%，雙量子比特門錯誤率為 0.6%。

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▲科學家 Marissa Giustina 在位于 Santa Barbara 的 Quantum AI 實驗室中安裝 Bristlecone 芯片

　　Google 在公布 Bristlecone 的那篇谷歌科技博客中表示：

　　“如果一個量子處理器可以在足夠低的誤差下運行，它就能夠在一個明確的計算機科學問題上超越經典的超級計算機，這個成就被稱為量子霸權。這些隨機電路在量子比特數和計算長度（深度）方面都必須很大。

　　盡管還沒有人達到這個目標，但我們預計，量子霸權可以用 49 個量子比特、電路深度超過 40 以及雙量子比特錯誤率低于 0.5% 來達到。我們相信，量子處理器超越超級計算機的實驗性演示將是這個領域的分水嶺，并且仍然是我們的關鍵目標之一。”

　　谷歌之前放過話，說在 2017 年內會做出一個 49 量子比特的量子芯片來實現“量子霸權”（Quantum Supremacy）。量子霸權，也叫做量子優勢意味著量子計算機可以比世界上最快的超級計算機更快地執行一些定義明確的科學問題。

　　在 Google 宣布要在 2017 年內造出 49 量子比特的量子芯片后不久，IBM 提出，對于某些特定的量子應用，可能需要 56 或更多的量子位以證明量子霸權。而 Google 似乎打算消除所有疑慮，所以現在它推出 72 量子比特的量子芯片并且把目標從實現 49 量子比特的量子計算機直接升級到實現 72 量子比特的量子計算機。

　　谷歌的量子霸權之路

　　谷歌宣布研制出低錯誤率、72 量子比特的量子芯片 Bristlecone，并且正在往實現 72 量子比特的量子計算機的方向上推進，雖然 72 量子比特非常令人興奮，但是從量子芯片到量子計算機，谷歌要做的工作還有很多。

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　　2017 年 12 月，來自德國Jülich 超級計算中心（Jülich Supercomputing Centre），中國武漢大學和荷蘭格羅寧根大學（the University of Groningen）的研究人員宣布，他們打破了在經典超級計算機上可以模擬量子比特數量的世界紀錄。

　　該團隊能夠在超級計算機上模擬 46 個量子位，打破了之前 45 個量子位的記錄。盡管 45 和 46 量子比特之間的差別可能看起來很小，但是，每增加一個量子比特，其對于各方面的要求都是指數性增加的。通常情況下，如果其他條件相同，每個額外量子比特的內存需求會翻倍。

　　因此目前，最強大的超級計算機只能模擬 46 個量子比特，并且對于需要模擬的每個新量子比特而言，其存儲需求通常會增加一倍。

　　因此，要模擬一個 72 量子比特的量子計算機，我們需要數百萬倍的 RAM（Random-Access Memory，隨機存取存儲），也就是 2 的（72-46）次方倍數。外媒 Tom’ Hardware 認為我們很可能無法在超級計算機中達到這樣體量的 RAM。

　　如果谷歌正在研究的 72 量子比特的量子計算機能夠比我們最強大的超級計算機更快地運行任何算法，那么量子霸權時代將會到來。對此，谷歌也表示：“我們樂觀但同時也是謹慎地認為，利用 Bristlecone 可以實現量子霸權”。

　　量子計算的發展前景

　　根據谷歌的說法，當我們可以實現 0.1-1% 的錯誤率以及數十萬至數百萬的量子比特時，量子計算機將在解決實際問題時會變得非常有用。理想的量子計算機至少要有數以百萬計的量子比特，錯誤率低于 0.01%，而這一目標可能需要幾十年的時間才能實現。

　　而在實現這樣的成果之前，我們可能就會開始看到量子計算機的一些非常“驚人”的應用。例如，外媒 Motherboard 認為當量子計算機有 4000 個量子比特時，破壞大多數現有的密碼學是可能的（比如區塊鏈）。而如果量子計算機按照當前進展速度持續下去，我們可能能夠在十年左右達到這一目標。