參考消息網2月1日報道 據瑞士《新蘇黎世報》網站1月3日報道，谷歌的科學家正在位于美國圣巴巴拉的量子人工智能實驗室里熱火朝天地研究，力爭在量子計算領域取得突破。不僅是科技企業，各國政府也在爭奪這一領域的主導權。

谷歌的新實驗室第一眼看去就很時髦——就像它所處的沖浪小城圣巴巴拉一樣時髦。內墻被涂上了明亮的色彩，入口處沒有自行車停放架，但有沖浪板架，還有一面為喜歡陸上運動的人準備的巨大攀巖墻。“我們希望員工在這里盡可能感到舒適。”實驗室負責人埃里克·盧塞羅笑道。他本人看起來不像研究人員，反而更像好萊塢明星：頭發長到下巴，穿著皮夾克，太陽鏡掛在翻領上。

投入巨額資金

進行休閑運動是為了創造自由的思維空間，因為這里的科學家研究的是我們這個時代最復雜的問題之一：量子計算。一些專家甚至稱其為人類目前最重要的研究戰線。

量子計算機的工作原理是量子物理學機制。具體的工作方式很復雜，但其與傳統計算機最重要的區別如下：眾所周知，一個經典比特——也就是計算機信息的最小單位——只有0或1兩種狀態，而且它們不能同時存在。而量子計算機的基本計算單位，即所謂的量子比特，可以同時處于多種狀態。

這就讓量子計算機有可能以極快的速度完成困難的運算：哪種化學成分的組合能形成最好的藥品？如何最高效地將大量電動汽車分配到充電站？如何優化復雜的股票投資組合以將風險降到最低？

谷歌是量子計算機研究的領頭羊之一，但遠非唯一的參與者。國際商業機器公司、微軟、亞馬遜、英特爾、阿里巴巴——我們這個時代最大的科技公司——多年來為此投入了巨額資金，現在還有數百家初創企業也在專攻量子計算。

2021年春，谷歌在圣巴巴拉設立了量子人工智能實驗室。不過，由于新冠大流行，直到近幾個月才允許訪客入內。

谷歌選擇在圣巴巴拉建實驗室要歸功于當地的大學。加利福尼亞大學圣巴巴拉分校（簡稱UCSB）是全球領先的量子計算研究中心之一，與谷歌合作多年。谷歌在幾年前甚至挖走了該領域領先的研究團隊。

該實驗室的核心被無塵室和工作臺包圍。谷歌的量子計算機就像一塊倒置的婚禮蛋糕一樣從天花板垂下來。但它的成分不是奶油和海綿蛋糕，而是盤繞著向頂部匯集的電線。那里有一個巴掌大的處理器，它的外號是“西克莫”。在它上面的是一個指甲大小的芯片，搭載著54個量子比特。谷歌實驗室中共有20臺這樣的量子計算機，每臺的設計都略有不同。

競逐“量子優勢”

有些通往處理器的電線是冷卻電線。在實驗過程中，盧塞羅及其同事會將整個量子計算機沉入一個巨大的金屬圓筒中。只有這樣才能達到量子計算所需的極低溫度。低溫能讓熱噪聲保持在盡可能低的水平，這樣科學家才能記錄量子比特的信號。為此環境溫度必須下降至10毫開爾文，大致相當于零下273攝氏度——接近太空中的低溫。“這就是沒有誰會在家里擁有一臺量子計算機的原因之一。”盧塞羅笑著說。

極端低溫的實現方式是用壓縮機將氦氣混合物通過天花板上的管道注入量子計算機。在實驗室里，到處都能聽到沉悶的抽氣聲。

谷歌是否取得了突破性進展？

2019年，谷歌圣巴巴拉實驗室的科學家在全世界引發轟動：研究人員宣布實現了“量子霸權”——這是一座里程碑。

具體來說，谷歌的“西克莫”計算機在200秒內完成了哪怕是功能最強大的傳統計算機也需要花1萬年才能完成的任務。

英國《自然》周刊在其封面上慶祝了盧塞羅及其同事取得的突破。那期封面也被放大并裝裱起來，顯眼地懸掛在實驗室入口處的攀巖墻對面。

但隨后在2022年，中國科學家宣布，他們用60個普通的圖形處理器也能完成谷歌量子計算機完成的上述任務，而且只需5天。谷歌的“量子霸權”（也稱“量子優勢”）似乎已不復存在。在被問及這個問題時，盧塞羅說：“我們是大家追趕的目標，因為我們向世界展示了我們的成果。”他表示，自己很高興聽到中國同事的批評意見，這是優質科研的標志。

事實上，即使開展了數十年的研究，投入了大量資金，許多問題仍然沒有答案：應該如何構建量子計算機？應該用什么材料來制造量子比特？以及最好應該以何種形式排列量子比特？需要更多可以同時進行更長時間無誤計算的量子比特。為了解決這些問題，不同的公司采取了不同的策略。但迄今為止，量子計算機的錯誤率還是很高，大多數時候都會失敗，幾乎無法解決任何日常問題。盧塞羅表示，如果說量子計算機擅長什么的話，那就是生成隨機數。

還需數年才能真正實現“量子優勢”。該領域的世界頂尖專家之一、美國加州理工學院的阿列克謝·基塔耶夫近期在接受《紐約人》周刊采訪時說：“我曾在1998年預言，我們將在30年內建成量子計算機。現在我不確定我們到時能否做到。”安全專家將這一時間點稱為Y2Q，也就是“量子年”。

前景激動人心

雖然道路看起來仍然漫長，但到了終點卻有豐厚的獎金。誰能第一個實現“量子優勢”，就可能創造硅芯片的繼任者——硅芯片正是開啟了信息時代的發明。

在那之后將會出現全新的應用方式。科學家認為，量子計算機可以有效模擬自然界中的任何過程。例如，如今平均耗資20億美元、耗時10年以上的藥物研發過程將大大提速；量子計算機還可以制造新的工業化學品，幫助解決氣候變化和糧食短缺等問題；它還可用于研制可生物降解的塑料或無碳排放的飛機燃料。量子計算機似乎將為人類面臨的最緊迫問題提供答案。麥肯錫咨詢公司估計，量子計算機將給所有行業帶來至少3000億至7000億美元的附加價值。

但量子計算機的其他應用方式卻不那么令人鼓舞。量子計算機可以破解常見的加密方法。眾所周知，電子郵件、金融交易和健康數據都是通過安全協議加密的。傳統計算機需要幾千年時間才能破解它們，而量子計算機可在一天內把所有可能的組合都嘗試一遍。美國情報機構多年來一直就量子計算的這些陰暗面發出警告。美國國家安全局的一名工作人員幾年前在《紐約時報》上發表文章稱：“這種解密能力可以使弱國的軍事能力幾乎失去意義。”

這就是許多國家競相開發這項新技術的原因之一。例如，拜登政府在2022年春季宣布，量子計算是國家安全領域的優先事項。美國將投入大量資金以確保自己處于第一梯隊，同時也在升級自己的防線。最遲到2035年，所有政府機構都必須按照美國國家安全局等情報部門正在制定的量子安全新標準加密數據。這將耗費大量資金。但美國政府指出，量子計算對經濟和軍事安全構成重大威脅。

麥肯錫咨詢公司估計，世界各國迄今已投入300億美元公共資金用于研究量子計算。中國處于領先地位：它計劃為研發量子計算機投資150億美元。科學家約翰·馬丁尼斯最近在接受采訪時說：“在制造高質量量子比特方面，可以說中國人走在了世界前列。”他的團隊2019年在谷歌實驗室實現了“量子霸權”。

谷歌也已在關注下一步的發展。該公司未來一年的目標是制造出第一個糾錯量子比特。谷歌取得突破的信念很強烈，目前正在位于圣巴巴拉的現有園區附近建造下一座實驗室。谷歌希望在其內建造一臺可以同時運行1000個糾錯量子比特的量子計算機。盧塞羅說：“我們生活在一個激動人心的時代：量子計算的黃金時代。”