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北大教授两次发文质疑「九章」,潘建伟陆朝阳长文回应:「九章」毫无疑问是光量子计算机

来源:新智元

去年年末,大家都被量子计算原型机「九章」刷屏了。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队成功构建了76个光子的量子计算原型机,其速度比目前世界排名第一的超级计算机日本「富岳」快一百万亿倍,比2019年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机「悬铃木」快一百亿倍。

这一里程碑式的进展代表着我国达到了「量子霸权」。

《科学》杂志审稿人评论,此项成果是「一个最先进的实验」、「这个实验不存在争论」、「这个实验技术挑战非常巨大」。

英国物理学会托马斯·杨奖章获得者、英国剑桥大学教授梅特·阿塔图尔克评价这一成果:「通过这项工作,我们进入了量子技术应用的时代,与传统方法相比,我们取得了可触及的优越性。」

加拿大卡尔加里大学教授、量子科学和技术研究所所长Barry Sanders说:「为了获得此结果,他们必须解决许多非常困难的技术问题。仅仅在技术层面上,他们所取得的成就也令人印象深刻。这是人们梦寐以求的实验,他们做成了,让梦想走进现实。」

德国马普所所长、沃尔夫奖和富兰克林奖章得主Ignacio Cirac称,「总体来说,这是量子科技领域的一个重大突破,朝着研制比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。」

奥地利科学院院长、沃尔夫奖得主、美国科学院院士Anton Zeilinger评价道:「这项工作成果很重要,因为潘建伟和他的同事证明,基于光子的量子计算机也可能实现‘量子计算优越性’。我预测很有可能有朝一日量子计算机会被广泛使用。甚至每个人都可以使用。」

 美国麻省理工学院教授、美国青年科学家总统奖得主、斯隆奖得主Dirk Englund则称之为“一个划时代的成果”。

……

北大教授涂传诒两次发文质疑「九章」

大家都沉浸在赞叹之中,这时出现了一个不同的声音,北京大学教授涂传诒先后两次发文质疑:「是量子计算,还是光学实验?」、「对“九章-光量子计算机” 的理解」。

对于以上刷屏的「溢美之词」,涂教授表示:「确实,对于实验的先进性、实验解决的问题、实验技术的挑战,没有争论。」

第一次质疑,围绕「是物理实验还是量子计算?」、「与超级计算机速度的比较有意义吗?」两方面展开。

对于Science文章中描述的过程,究竟是物理实验过程,还是是量子计算过程?相应装置是光学实验设备,还是量子计算机?

Science刊登了潘建伟、陆朝阳团队的重磅成果《用光子实现量子计算优越性》

文中提到:Science文章报道的「高斯玻色取样」(Gaussian boson sampling)的物理实验中,各个中间过程中,都是真实发生的物理过程,这些物理过程都是「玻色取样」要求的。

整个过程没有引入任何基于物理规律的计算。这显然是一个物理实验过程,而不是任何计算过程。

实际上Science文章正文明确认为他们所做的是实验,而不是计算。该文用下面的句子开始描述“九章”机器,“We name our GBS machine Jiuzhang. We start describing the experimental results from…”, (我们把我们的GBS机器名为“九章”, 我们从…… 开始描述实验结果)。这表明,“九章”机器是用来做实验的。

虽然该文认为所获得的结果都是实验得出的结果,但是该文标题是“用光子进行量子计算的优越性”。

该Science文章出现了自相矛盾的观点。

既然Science文章获得的结果来自于实验,那么将实验获得结果的速度与超级计算机数值模拟的速度比较有没有意义?

「九章」机器通过物理过程来实现的速度,是物理模拟实验的速度,不能与任何计算机数值模拟的速度比较。Science文章的这种比较,没有意义。

所以,涂教授给出结论:这个报告给出了一个最先进的实验,但是该文的表述,混淆了“实验”与“计算”的 概念,该文提出的看法:“其用光子做的实验就是量子计算, 比起当代超级计算机有优越性”, 也引起争议。

该文认为其光学实验与量子计算无关,其实验设备不是量子计算机,不能与电子计算机比较, 不能显示量子计算的优越性(霸权)。 

其实涂教授在这次的质疑中提出了很多非常专业的内容,一般读者很难读懂,所以后来他又发文进行了一些科普,同时也表示:上述Science文章,仍然在公众中造成严重误导。

这就是第二次质疑,文中对「计算机、计算和模拟等概念的界定」,包括「什么是计算?」、「什么是计算机?」、「计算机与物理实验的关系」等概念做了科普介绍。

还指出,上述Science文章存在两大误导,一:把玻色取样物理试验结果误导成显示光量子计算的优越性。

二:把玻色取样实验设备误导成「光-量子计算机」。

最后指出,该实验没有进行任何通常意义下的量子计算的情况下,文中说“九章”显示了光量子计算的优越性;表明成功的研制了“量子计算机“九章”;并论证其比超级计算机快10^14倍,都是明显的对读者的误导。

同时指出,Science刊物是高水平的科学刊物,也是一个欢迎公众阅读的刊物。公众关心的事项与业内专家关心的事项可能有所不同。在该刊物上发表文章,要谨慎用词,注意逻辑,避免误导。

潘建伟团队回应

对于涂传诒教授的两次质疑,近日,潘建伟教授和陆朝阳教授也发文回应:“九章”作者对涂传诒先生等若干网络评论文章的回复。

对于涂传诒教授的两个质疑:

1、“九章”不是量子计算机,没有实现量子计算优越性。

2、 “九章”论文和中国科大的新闻稿使民众误认为实现了通用量子计算机。

潘建伟教授和陆朝阳教授给出如下回答:

1、根据量子信息领域国际学术界长期确立的定义和共识,“九章”毫无疑问是光量子计算机。根据严格的计算复杂度证明、实验数据论证、国际评审以及广泛的同行评价,“九章”在目前最好的理论框架下,明确无误地实现了量子计算优越性。

2、“九章”论文和中国科大的新闻通稿都清楚地表明了“九章”实现了量子计算三个里程碑中的第一个里程碑“量子计算优越性”。凡是认真阅读过九章论文和新闻稿的读者,都不会误解“九章”是通用量子计算机。

写在最后

卡尔·萨根在《魔鬼出没的世界》一书中关于「量子力学」有这样一段话:

试想一下你非常认真地想要理解量子力学,首先,你必须打下坚实的数学基础。只有当你掌握了数学各分支的知识后,你才能通往更高的知识层次。你必须依次学习算术、几何、代数、微积分、常微分方程和偏微分方程、矢量微分、数学物理方法中某些特殊函数、矩阵代数和群论。

对于大多数学习物理的学生而言,这一过程大概要占去从小学三年级到研究生低年级之间大约15年的时间。这些课程的学习其实并未涉及任何量子力学知识,恰恰相反,所有这些努力只不过是为深入了解量子力学建立的数学知识框架而已。

对于「量子力学」或「量子霸权」的理解,相信很多读者都处于「关注」和「了解」的状态,两方大佬的辩论为我们提供了更多科普,因为很多时候,我们会发现,甚至常识对于理解也是毫无意义的。

总之,真理越辩越明。

期待这次争论能带来不同的价值。

参考资料:

https://mp.weixin.qq.com/s/waFMuACgw91h3G6Ok5hapQ

https://mp.weixin.qq.com/s/iZySLyxOmHrl3Mq4JaZKxw

https://mp.weixin.qq.com/s/mL37h4ZLVc-NmdmxN_kGWA

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