量子資訊與密碼學

量子霸權(quantum supremacy)

量子霸權指的是這樣一個時刻:量子電腦完成了某個特定任務,而任何古典電腦都無法在合理的時間內做完——哪怕這個任務是刻意設計出來、完全沒有實際用途的。與其把它想成贏得一場馬拉松,不如把它看作一次特技表演:它證明你的新引擎能比以往任何引擎都轉得更快。這個特技本身沒有去向並不要緊;重點在於顯示這台機器能進入一個古典硬體根本跟不上的區間。

迄今為止用到的這些任務,是有意設計得很狹窄的。最著名的一次示範,要求量子處理器對一串固定的隨機閘所產生的隨機花樣進行取樣——之所以選這個問題,正是因為它在古典電腦上極其難以模擬,而量子裝置卻能輕鬆完成。結果有力地表明硬體確實如宣傳的那樣運作,但它並沒有解決任何實際問題:那些隨機樣本對誰都沒有用。而且這類宣稱還是會移動的靶子,因為更聰明的古典演算法和更大的超級電腦,有時能在事後把差距重新縮小。

所以請把「量子霸權」理解成一個硬體里程碑,而不是一句承諾。它說的是:這台裝置至少能做成一件古典手段搆不著的事。它並沒有說這台裝置有用、能容錯,或者已經準備好去破解加密、設計藥物。我們仍處在 NISQ 時代——機器充滿雜訊,沒有大規模糾錯——所以從一次刻意設計的取樣特技,到真正有用的優勢,這一躍迄今仍是遠未完成的工作。

量子霸權的意思是「在某個任務上超出古典手段所能企及的範圍」,這和「有用」並不是一回事——關於這一區別,參見量子優勢(quantum advantage)。

又稱
quantum computational supremacy