参考消息网2月1日报道 据瑞士《新苏黎世报》网站1月3日报道，谷歌的科学家正在位于美国圣巴巴拉的量子人工智能实验室里热火朝天地研究，力争在量子计算领域取得突破。不仅是科技企业，各国政府也在争夺这一领域的主导权。
谷歌的新实验室第一眼看去就很时髦——就像它所处的冲浪小城圣巴巴拉一样时髦。内墙被涂上了明亮的色彩，入口处没有自行车停放架，但有冲浪板架，还有一面为喜欢陆上运动的人准备的巨大攀岩墙。“我们希望员工在这里尽可能感到舒适。”实验室负责人埃里克·卢塞罗笑道。他本人看起来不像研究人员，反而更像好莱坞明星：头发长到下巴，穿着皮夹克，太阳镜挂在翻领上。
投入巨额资金
进行休闲运动是为了创造自由的思维空间，因为这里的科学家研究的是我们这个时代最复杂的问题之一：量子计算。一些专家甚至称其为人类目前最重要的研究战线。
量子计算机的工作原理是量子物理学机制。具体的工作方式很复杂，但其与传统计算机最重要的区别如下：众所周知，一个经典比特——也就是计算机信息的最小单位——只有0或1两种状态，而且它们不能同时存在。而量子计算机的基本计算单位，即所谓的量子比特，可以同时处于多种状态。
这就让量子计算机有可能以极快的速度完成困难的运算：哪种化学成分的组合能形成最好的药品？如何最高效地将大量电动汽车分配到充电站？如何优化复杂的股票投资组合以将风险降到最低？
谷歌是量子计算机研究的领头羊之一，但远非唯一的参与者。国际商业机器公司、微软、亚马逊、英特尔、阿里巴巴——我们这个时代最大的科技公司——多年来为此投入了巨额资金，现在还有数百家初创企业也在专攻量子计算。
2021年春，谷歌在圣巴巴拉设立了量子人工智能实验室。不过，由于新冠大流行，直到近几个月才允许访客入内。
谷歌选择在圣巴巴拉建实验室要归功于当地的大学。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（简称UCSB）是全球领先的量子计算研究中心之一，与谷歌合作多年。谷歌在几年前甚至挖走了该领域领先的研究团队。
该实验室的核心被无尘室和工作台包围。谷歌的量子计算机就像一块倒置的婚礼蛋糕一样从天花板垂下来。但它的成分不是奶油和海绵蛋糕，而是盘绕着向顶部汇集的电线。那里有一个巴掌大的处理器，它的外号是“西克莫”。在它上面的是一个指甲大小的芯片，搭载着54个量子比特。谷歌实验室中共有20台这样的量子计算机，每台的设计都略有不同。
竞逐“量子优势”
有些通往处理器的电线是冷却电线。在实验过程中，卢塞罗及其同事会将整个量子计算机沉入一个巨大的金属圆筒中。只有这样才能达到量子计算所需的极低温度。低温能让热噪声保持在尽可能低的水平，这样科学家才能记录量子比特的信号。为此环境温度必须下降至10毫开尔文，大致相当于零下273摄氏度——接近太空中的低温。“这就是没有谁会在家里拥有一台量子计算机的原因之一。”卢塞罗笑着说。
极端低温的实现方式是用压缩机将氦气混合物通过天花板上的管道注入量子计算机。在实验室里，到处都能听到沉闷的抽气声。
谷歌是否取得了突破性进展？
2019年，谷歌圣巴巴拉实验室的科学家在全世界引发轰动：研究人员宣布实现了“量子霸权”——这是一座里程碑。
具体来说，谷歌的“西克莫”计算机在200秒内完成了哪怕是功能最强大的传统计算机也需要花1万年才能完成的任务。
英国《自然》周刊在其封面上庆祝了卢塞罗及其同事取得的突破。那期封面也被放大并装裱起来，显眼地悬挂在实验室入口处的攀岩墙对面。
但随后在2022年，中国科学家宣布，他们用60个普通的图形处理器也能完成谷歌量子计算机完成的上述任务，而且只需5天。谷歌的“量子霸权”（也称“量子优势”）似乎已不复存在。在被问及这个问题时，卢塞罗说：“我们是大家追赶的目标，因为我们向世界展示了我们的成果。”他表示，自己很高兴听到中国同事的批评意见，这是优质科研的标志。
事实上，即使开展了数十年的研究，投入了大量资金，许多问题仍然没有答案：应该如何构建量子计算机？应该用什么材料来制造量子比特？以及最好应该以何种形式排列量子比特？需要更多可以同时进行更长时间无误计算的量子比特。为了解决这些问题，不同的公司采取了不同的策略。但迄今为止，量子计算机的错误率还是很高，大多数时候都会失败，几乎无法解决任何日常问题。卢塞罗表示，如果说量子计算机擅长什么的话，那就是生成随机数。
还需数年才能真正实现“量子优势”。该领域的世界顶尖专家之一、美国加州理工学院的阿列克谢·基塔耶夫近期在接受《纽约人》周刊采访时说：“我曾在1998年预言，我们将在30年内建成量子计算机。现在我不确定我们到时能否做到。”安全专家将这一时间点称为Y2Q，也就是“量子年”。
前景激动人心
虽然道路看起来仍然漫长，但到了终点却有丰厚的奖金。谁能第一个实现“量子优势”，就可能创造硅芯片的继任者——硅芯片正是开启了信息时代的发明。
在那之后将会出现全新的应用方式。科学家认为，量子计算机可以有效模拟自然界中的任何过程。例如，如今平均耗资20亿美元、耗时10年以上的药物研发过程将大大提速；量子计算机还可以制造新的工业化学品，帮助解决气候变化和粮食短缺等问题；它还可用于研制可生物降解的塑料或无碳排放的飞机燃料。量子计算机似乎将为人类面临的最紧迫问题提供答案。麦肯锡咨询公司估计，量子计算机将给所有行业带来至少3000亿至7000亿美元的附加价值。
但量子计算机的其他应用方式却不那么令人鼓舞。量子计算机可以破解常见的加密方法。众所周知，电子邮件、金融交易和健康数据都是通过安全协议加密的。传统计算机需要几千年时间才能破解它们，而量子计算机可在一天内把所有可能的组合都尝试一遍。美国情报机构多年来一直就量子计算的这些阴暗面发出警告。美国国家安全局的一名工作人员几年前在《纽约时报》上发表文章称：“这种解密能力可以使弱国的军事能力几乎失去意义。”
这就是许多国家竞相开发这项新技术的原因之一。例如，拜登政府在2022年春季宣布，量子计算是国家安全领域的优先事项。美国将投入大量资金以确保自己处于第一梯队，同时也在升级自己的防线。最迟到2035年，所有政府机构都必须按照美国国家安全局等情报部门正在制定的量子安全新标准加密数据。这将耗费大量资金。但美国政府指出，量子计算对经济和军事安全构成重大威胁。
麦肯锡咨询公司估计，世界各国迄今已投入300亿美元公共资金用于研究量子计算。中国处于领先地位：它计划为研发量子计算机投资150亿美元。科学家约翰·马丁尼斯最近在接受采访时说：“在制造高质量量子比特方面，可以说中国人走在了世界前列。”他的团队2019年在谷歌实验室实现了“量子霸权”。
谷歌也已在关注下一步的发展。该公司未来一年的目标是制造出第一个纠错量子比特。谷歌取得突破的信念很强烈，目前正在位于圣巴巴拉的现有园区附近建造下一座实验室。谷歌希望在其内建造一台可以同时运行1000个纠错量子比特的量子计算机。卢塞罗说：“我们生活在一个激动人心的时代：量子计算的黄金时代。”
