北大教授兩次發文質疑“九章”！潘建偉、陸朝陽長文迴應

來源：新智元

編輯：雙一流高校

2020年末，大家都被量子計算原型機「九章」刷屏了。

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽團隊成功構建了76個光子的量子計算原型機，其速度比目前世界排名第一的超級計算機日本「富嶽」快一百萬億倍，比2019年穀歌發佈的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。

這一里程碑式的進展代表着我國達到了「量子霸權」。

《科學》雜誌審稿人評論，此項成果是「一個最先進的實驗」、「這個實驗不存在爭論」、「這個實驗技術挑戰非常巨大」。

英國物理學會托馬斯·楊獎章獲得者、英國劍橋大學教授梅特·阿塔圖爾克評價這一成果：「通過這項工作，我們進入了量子技術應用的時代，與傳統方法相比，我們取得了可觸及的優越性。」

加拿大卡爾加里大學教授、量子科學和技術研究所所長Barry Sanders說：「爲了獲得此結果，他們必須解決許多非常困難的技術問題。僅僅在技術層面上，他們所取得的成就也令人印象深刻。這是人們夢寐以求的實驗，他們做成了，讓夢想走進現實。」

德國馬普所所長、沃爾夫獎和富蘭克林獎章得主Ignacio Cirac稱，「總體來說，這是量子科技領域的一個重大突破，朝着研製比經典計算機具有量子優勢的量子設備邁出了一大步。」

奧地利科學院院長、沃爾夫獎得主、美國科學院院士Anton Zeilinger評價道：「這項工作成果很重要，因爲潘建偉和他的同事證明，基於光子的量子計算機也可能實現‘量子計算優越性’。我預測很有可能有朝一日量子計算機會被廣泛使用。甚至每個人都可以使用。」

美國麻省理工學院教授、美國青年科學家總統獎得主、斯隆獎得主Dirk Englund則稱之爲“一個劃時代的成果”。

北大教授塗傳詒兩次發文質疑「九章」

大家都沉浸在讚歎之中，這時出現了一個不同的聲音，北京大學教授塗傳詒先後兩次發文質疑：「是量子計算，還是光學實驗？」、「對“九章-光量子計算機” 的理解」。

對於以上刷屏的「溢美之詞」，塗教授表示：「確實，對於實驗的先進性、實驗解決的問題、實驗技術的挑戰，沒有爭論。」

第一次質疑，圍繞「是物理實驗還是量子計算？」、「與超級計算機速度的比較有意義嗎？」兩方面展開。

對於Science文章中描述的過程，究竟是物理實驗過程，還是是量子計算過程？相應裝置是光學實驗設備，還是量子計算機？

Science刊登了潘建偉、陸朝陽團隊的重磅成果《用光子實現量子計算優越性》

文中提到：Science文章報道的「高斯玻色取樣」（Gaussian boson sampling）的物理實驗中，各個中間過程中，都是真實發生的物理過程，這些物理過程都是「玻色取樣」要求的。

整個過程沒有引入任何基於物理規律的計算。這顯然是一個物理實驗過程，而不是任何計算過程。

實際上Science文章正文明確認爲他們所做的是實驗，而不是計算。該文用下面的句子開始描述“九章”機器，“We name our GBS machine Jiuzhang. We start describing the experimental results from…”, （我們把我們的GBS機器名爲“九章”， 我們從…… 開始描述實驗結果）。這表明，“九章”機器是用來做實驗的。

雖然該文認爲所獲得的結果都是實驗得出的結果，但是該文標題是“用光子進行量子計算的優越性”。

該Science文章出現了自相矛盾的觀點。

既然Science文章獲得的結果來自於實驗，那麼將實驗獲得結果的速度與超級計算機數值模擬的速度比較有沒有意義？

「九章」機器通過物理過程來實現的速度，是物理模擬實驗的速度，不能與任何計算機數值模擬的速度比較。Science文章的這種比較，沒有意義。

所以，塗教授給出結論：這個報告給出了一個最先進的實驗，但是該文的表述，混淆了“實驗”與“計算”的 概念，該文提出的看法：“其用光子做的實驗就是量子計算， 比起當代超級計算機有優越性”， 也引起爭議。

該文認爲其光學實驗與量子計算無關，其實驗設備不是量子計算機，不能與電子計算機比較， 不能顯示量子計算的優越性（霸權）。

其實塗教授在這次的質疑中提出了很多非常專業的內容，一般讀者很難讀懂，所以後來他又發文進行了一些科普，同時也表示：上述Science文章，仍然在公衆中造成嚴重誤導。

這就是第二次質疑，文中對「計算機、計算和模擬等概念的界定」，包括「什麼是計算？」、「什麼是計算機？」、「計算機與物理實驗的關係」等概念做了科普介紹。

還指出，上述Science文章存在兩大誤導，一：把玻色取樣物理試驗結果誤導成顯示光量子計算的優越性。

二：把玻色取樣實驗設備誤導成「光-量子計算機」。

最後指出，該實驗沒有進行任何通常意義下的量子計算的情況下，文中說“九章”顯示了光量子計算的優越性；表明成功的研製了“量子計算機“九章”；並論證其比超級計算機快10^14倍，都是明顯的對讀者的誤導。

同時指出，Science刊物是高水平的科學刊物，也是一個歡迎公衆閱讀的刊物。公衆關心的事項與業內專家關心的事項可能有所不同。在該刊物上發表文章，要謹慎用詞，注意邏輯，避免誤導。

潘建偉團隊迴應

對於塗傳詒教授的兩次質疑，近日，潘建偉教授和陸朝陽教授也發文迴應：“九章”作者對塗傳詒先生等若干網絡評論文章的回覆。

對於塗傳詒教授的兩個質疑：

1、“九章”不是量子計算機，沒有實現量子計算優越性。

2、 “九章”論文和中國科大的新聞稿使民衆誤認爲實現了通用量子計算機。

潘建偉教授和陸朝陽教授給出如下回答：

1、根據量子信息領域國際學術界長期確立的定義和共識，“九章”毫無疑問是光量子計算機。根據嚴格的計算複雜度證明、實驗數據論證、國際評審以及廣泛的同行評價，“九章”在目前最好的理論框架下，明確無誤地實現了量子計算優越性。

2、“九章”論文和中國科大的新聞通稿都清楚地表明瞭“九章”實現了量子計算三個里程碑中的第一個里程碑“量子計算優越性”。凡是認真閱讀過九章論文和新聞稿的讀者，都不會誤解“九章”是通用量子計算機。

寫在最後

卡爾·薩根在《魔鬼出沒的世界》一書中關於「量子力學」有這樣一段話：

試想一下你非常認真地想要理解量子力學，首先，你必須打下堅實的數學基礎。只有當你掌握了數學各分支的知識後，你才能通往更高的知識層次。你必須依次學習算術、幾何、代數、微積分、常微分方程和偏微分方程、矢量微分、數學物理方法中某些特殊函數、矩陣代數和羣論。

對於大多數學習物理的學生而言，這一過程大概要佔去從小學三年級到研究生低年級之間大約15年的時間。這些課程的學習其實並未涉及任何量子力學知識，恰恰相反，所有這些努力只不過是爲深入瞭解量子力學建立的數學知識框架而已。

對於「量子力學」或「量子霸權」的理解，相信很多讀者都處於「關注」和「瞭解」的狀態，兩方大佬的辯論爲我們提供了更多科普，因爲很多時候，我們會發現，甚至常識對於理解也是毫無意義的。

總之，真理越辯越明。

期待這次爭論能帶來不同的價值。

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

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

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