谷歌「量子霸權」背後:美國政府是如何支持量子計算事業的

谷歌「量子霸權」背後:美國政府是如何支持量子計算事業的
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在經歷了九月的 NASA 論文烏龍事件後,十月,谷歌正式宣佈證明「量子優越性理論」。在激起學術界的全民沸騰之後,讓人意外的是,美國白宮也迅速在媒體做出回應,而這個舉世矚目的項目背後正是美國政府與學院通力合作的成果。

10 月 23 日,谷歌人工智能量子小組正式宣佈完成「量子優越性理論」的證明。

這是最初論文被刪稿後的一個月,也讓整個科學界不安了一整個月後,量子優越性的疑雲終於塵埃落定。谷歌發表在《自然》科學期刊上的論文是有力回應。

論文詳述了他們的 53 位量子計算機 Sycamore(梧桐),是如何只花了 200 秒的時間就完成了一個當前世界上最快的超級計算機需要 10000 年時間才能完成的計算(速度快出約 18 億倍)。

但是這個故事裡卻新添了一個不容易被人所察覺的線索:在谷歌發佈當天的上午,美國首席技術官 Michael Kratsios,在自己的《財富》專欄裡發表評論文章,斷言谷歌做出了非凡的新成就,並強調這一發現是通過學術界和特朗普政府的支持才得以實現的。

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美國首席技術官 Michael Kratsios

美國首席技術官的角色是在奧巴馬時期創建的,Michael Kratsios 在今年由特朗普親自提拔。作為全美最高科技職位,在加入特朗普政府之前,Kratsios 曾擔任 Peter Thiel 投資公司 Thiel Capital 的首席執行官,並擔任另一個 Thiel 項目的首席財務官,即對沖基金 Clarium Capital。

首席技術官職位就技術問題向總統提出建議,致力於制定技術政策,並且重要的是作為與私營部門的聯繫。與他的前任相比,Kratsios 為該角色帶來了獨特的風險資本色彩視角,該角色位於白宮科技政策辦公室內。

美國科技政策辦公室也同時通過電子郵件發表了類似的官方聲明。

「任何一個實體都不可能獨自實現這一歷史性里程碑,」Kratsios 在其題為「美國如何實現『量子霸權』」的文章中說道,「相反,學術、工業和政府團隊自下而上地共同努力,推動科學的界限,為人類進步釋放新的潛力。」

以白宮為首的美國政府機構及時出鏡,讓我們不由得懷疑,谷歌量子優越性的背後到底都藏著些什麼?

背後藏著誰

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為了證明量子優越性理論,谷歌的團隊研究從基礎研究開始。而他們完整的工作展開,從一開始就離不開政府性質的實驗室支持。

Kratsios 在在自己的專欄中表示,谷歌先是在在加州大學聖巴巴拉分校和國家科學基金會(NSF)支持下的其他大學開始了自己的努力,進行了先行實驗。之後,谷歌依靠能源部的超級計算機和美國宇航局量子人工智能實驗室的聯邦專家的支持,來完成驗證量子算法的艱鉅任務。

聯邦政府和學術界的支持,無疑為谷歌的研究開展掃清了障礙。他們同時與美國國家航空航天局艾姆斯研究中心、橡樹嶺國家實驗室和總部設於歐洲的跨學科研究中心德國於利希研究中心在論文中進行了合作。

這位技術官說:「這三個組織在高性能計算方面都有著豐富的經驗,並幫助開發了經典量子電路模擬器,幫助我們驗證了量子至上的主張。」

他補充說到,特別是 NASA,是該模擬器的主要開發者,該模擬器能夠使用橡樹嶺國家實驗室的 Summit 超級計算機驗證谷歌的量子優越性。還指出,這是 500 強超級計算機中的第一個。

他還表示,除了在加州大學聖巴巴拉分校 和 NSF 的關鍵財政支持下所做的硬件努力之外,谷歌還在與美國國家標準與技術研究所(National Institute of Standards And Technology)合作,探索新興技術的應用。

身為谷歌一分子的 Kratsios 說:「我們感謝一路上得到的所有幫助和支持。」

「無與倫比的創新生態系統」

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美國倡導的由 14 家創新機構組成的創新網絡

谷歌量子優越性的達成,是美國無與倫比的創新生態系統作用的成果。

這個生態系統是美國學術界、私營部門和聯邦政府之間獨特合作的結果。

有的批評者可能會認定,量子優越性的證明只是一項偉大的科學成就,此外它毫無任何實際應用,然而,恰恰是這種看法,忽略了量子計算的驚人潛力。而美國政府,他們就不這麼認為。

Kratsios 在文中這樣寫道:「無論量子計算的未來如何,我們都知道它將是革命性的,它將在美國建成。在特朗普政府的領導下,聯邦政府正在加強創新生態系統,使這些成就成為可能的,我們堅定地站在量子計算的背後,支持量子計算的研發和發展」。

於是,美國政府機構全勤出動了:能源部國家實驗室、國家科學基金會、國家標準與技術研究所(NIST)、美國宇航局、國防部和許多其他聯邦機構和項目的研究人員進行基本量子研究,並對達成量子優越性的努力起到了推動作用。

非常重要的是,本屆政府的預算通過促進各機構之間的研究和協調,將量子科學列為優先事項,表明了美國政府對量子研究的發現和創新的承諾。

2018 年,特朗普總統簽署了具有里程碑意義的《國家量子倡議法案》,該法案為聯邦政府量子研發提供了強有力的支持,並成立了第一個協調辦公室,以儘可能地在管理範圍內協調和加強整個政府的量子政策。

該法律還指導 NIST 與私營部門、學術界和聯邦實驗室建立和擴大量子聯盟,將美國的創新生態系統結合起來,為我們未來的高科技經濟做出更多的發現和發展量子技術基礎。

他們深信,自上而下的制度,可以通過強制參與其中的每一方,朝著同一個目標努力,就可以通過無情的效率取得有限但具體的結果。

雖然這樣的體系,沒有為個人的聰明才智、開箱即用的思維、個人關係、大膽的觀念、充滿活力的競爭和快速適應留有餘地,但這些都在促使美國蓬勃發展,幫助美國成為他們想像中的「人類歷史上最具創新力的國家」。

Kratsios 認為,今天的美國,帶著創新生態系統帶來的技術優勢,即將迎接下一代量子技術的到來。

美國量子計算在爭議中前進

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雖然谷歌的這個里程碑目前還沒有任何實際意義,但隨著各國和公司在量子領域展開競爭,這一里程碑仍有許多風險。

就像 Kratsios 在文中提到的那樣,希望美國可以與中國這樣的競爭對手形成鮮明對比。

而此外,最大的爭議聲來自於自己本國。谷歌最大的量子競爭對手之一的 IBM,發表了一篇文章對谷歌最初的說法提出異議,認為一個經典系統實際上可以在兩天半內完成同樣的任務。

IBM 的研究人員說:「這實際上是一個保守的、最壞情況下的估計,我們預計隨著進一步的改進,模擬的經典成本可以進一步降低。」。但谷歌還是支持這一發現。

IBM 首席執行官 Sundar Pichai 週三在接受麻省理工學院技術評論(MIT Technology Review)採訪時談到 IBM 的說法,即「量子至上」一詞具有誤導性。

Pichai 說:「我的回答是,這是一個技術的語言藝術。行業內的人完全理解這個里程碑的意義。」

而對於谷歌,Pichai 表示,這只是一個開始。量子計算與人工智能等其他突破性技術一樣,對於企業來說充滿了光明的前景。

Pichai 還將新公佈的突破與萊特兄弟不朽的首次飛行進行了比較。他說:「第一架飛機只飛行了 12 秒,因此沒有實際應用。但它顯示了飛機可以飛行的可能性。」

而全球量子界的成員們似乎已經被這一宣佈所激勵了。

澳大利亞悉尼量子計算初創公司 Q-CTRL 的創始人兼首席執行官、實驗量子物理學家 Michael bieruck 近期在洛杉磯開設了辦事處,他表示,這次證明標誌著建立有用量子技術的長期努力邁出了重要的一步。

bieruck 說:「如果這一成就能夠經受住人們的嚴格拷問,那麼它無疑是一項里程碑式的學術成就,關係到量子計算機的整體價值。因此,這真的會讓那些聲稱量子計算機沒有未來的反對者們大吃一驚。」

目前,量子信息學已經廣泛而悄無聲息地穿入我們的生活:在我們的汽車裡啟用 GPS,在智能手機裡啟用半導體,在我們的醫院裡啟用了核磁共振儀。

預計這項新興技術將從根本上改變現代通信和安全,加速強有力的新發現,來設計新的化學品、材料和藥物;探索宇宙起源的奧秘;並擴展優化和機器學習系統的能力。

美國聯邦政府明確表示,它將致力於在量子領域建立美國的領導地位。2018 年特朗普總統簽署的行政命令,不止為量子計算在科技政策辦公室(Office of Science and Technology Policy,OSTP)設立了第一個協調辦公室,還要在未來五年內,撥款 12 億美元用於對量子計算重點研究和開發的支持

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