科研成果：谷歌量子芯片刷屏了，但别急着喊‘时代来了’
这几天被谷歌的量子芯片Willow刷屏了。说实话，我第一反应是——又来？每年不都这样嘛，量子计算又取得“重大突破”，然后呢？就没然后了。不过仔细看了下论文... 靠，这次好像真有点东西。
谷歌量子芯片Willow处理器外观图
记得2019年谷歌搞那个“量子霸权”吗？当时用53个比特的Sycamore算了个特定问题，说超算要一万年。结果IBM立马跳出来打脸，说他们的超算优化下只要两天半。最后两边吵得不可开交。这次不一样了，人家直接冲纠错来了。纠错啊，量子计算最大的拦路虎。没有靠谱的纠错，再多比特也是摆设。所以啊，这次突破直接把量子计算从玩具往工具的路上推了一大步。
量子纠错表面码方案示意图
不过话说回来，这玩意儿现在只能跑个基准测试，连最简单的算法都还没跑过呢。激动之余，我得泼点冷水。你看媒体标题：“量子计算机即将投入实用”... 拜托，知道现在需要多少物理比特吗？Willow只有105个物理比特，纠错后也就一两个逻辑比特的能力。离破解RSA需要的几百万逻辑比特，差着十万八千里。而且超导方案要接近绝对零度，一台机器几千万美元，维护成本吓死人。所以啊，这就像莱特兄弟第一次飞了36米——确实是飞起来了，但离跨洋航班还远着呢。
商业落地？别高兴太早
昨天还有个朋友问我，是不是该买点量子计算概念股。我差点笑出声。你想想，现在搞量子的无非两条路：超导、离子阱、光量子、拓扑... 每个方案都有硬伤。谷歌押注超导，可超导的相干时间还是太短，毫秒级，操作稍微慢点就完了。而且纠错本身也要消耗大量比特和操作时间，实际跑算法效率低得可怜。退一万步说，就算硬件没毛病了，量子算法也没几个成熟的。除了Shor算法搞加密，Grover算法搜索，还有什么？很多问题经典计算机就能搞定，量子优势不明显。搞金融优化？药物模拟？大部分还停留在纸上谈兵。
量子计算机低温保持装置内部结构
更尴尬的是，AI现在这么火，大量资金都涌向GPU集群。量子计算这点人手和钱，分分钟被碾压。不是我悲观，科研嘛，本来就是长跑。谷歌这次成果当然值得肯定，但老想着马上变现，那是投资人的毛病，不是科研的逻辑。我还记得十年前D-Wave吹量子退火，被学术界骂得狗血淋头，现在也没见什么商业奇迹。所以啊，把期望值调低点，对大家都好。
科研评价体系指标权重图
写到这儿，突然想起当年看《星际穿越》，里面布兰德博士说：“我们曾经仰望星空，思索我们在宇宙中的位置。而现在我们只是低头，担心我们在沙土中的生存。” 扯得有点远，但觉得有点相通。量子计算仰望星空没错，可也得踩在沙土里一步步走。Willow这颗芯片，就像沙土里长出的一棵小苗，挺好，真的挺好。只是别急着叫它参天大树。
科研成果从来不是一蹴而就的，它是无数失败堆叠出来的偶然闪光。 我们能做的，就是给那些真正做研究的人多点耐心，少点浮躁的吹捧。至于什么时候能用量子电脑打游戏... 梦里啥都有。
好了，就聊这么多。得去赶工了，老板催活儿。
谷歌的Willow到底牛在哪
先别急着看那些媒体吹得天花乱坠。核心就一个：首次在超导量子比特上实现了低于表面码阈值的量子纠错。啥意思？就是说他们造了个芯片，随着量子比特数量增加，错误率反而指数级下降。这可是个里程碑啊，搞量子的人盼了几十年。谷歌量子芯片Willow处理器外观图
记得2019年谷歌搞那个“量子霸权”吗？当时用53个比特的Sycamore算了个特定问题，说超算要一万年。结果IBM立马跳出来打脸，说他们的超算优化下只要两天半。最后两边吵得不可开交。这次不一样了，人家直接冲纠错来了。纠错啊，量子计算最大的拦路虎。没有靠谱的纠错，再多比特也是摆设。所以啊，这次突破直接把量子计算从玩具往工具的路上推了一大步。
量子纠错：几十年磨一剑
量子比特太娇气了，一点点环境扰动，比如温度波动、电磁噪声，它的量子态就塌缩了。所以必须要用冗余，多个物理比特编码成一个逻辑比特，靠算法持续检查、修正错误。这听起来简单，做起来难如登天。之前的实验，比特一多，错误反而更多，就像你越修补破洞越大。这次谷歌搞了个叫“表面码”的纠错方案，把比特排列成二维网格，配合新设计的耦合器和低温控制... 细节我不深挖了，论文有七十多页。总之结果是：从3x3比特阵列扩大到5x5，再到7x7，逻辑错误率每次劈一半。这趋势太漂亮了，证明他们踩住了纠错的门槛。量子纠错表面码方案示意图
不过话说回来，这玩意儿现在只能跑个基准测试，连最简单的算法都还没跑过呢。激动之余，我得泼点冷水。你看媒体标题：“量子计算机即将投入实用”... 拜托，知道现在需要多少物理比特吗？Willow只有105个物理比特，纠错后也就一两个逻辑比特的能力。离破解RSA需要的几百万逻辑比特，差着十万八千里。而且超导方案要接近绝对零度，一台机器几千万美元，维护成本吓死人。所以啊，这就像莱特兄弟第一次飞了36米——确实是飞起来了，但离跨洋航班还远着呢。
商业落地？别高兴太早
商业落地？别高兴太早
昨天还有个朋友问我，是不是该买点量子计算概念股。我差点笑出声。你想想，现在搞量子的无非两条路：超导、离子阱、光量子、拓扑... 每个方案都有硬伤。谷歌押注超导，可超导的相干时间还是太短，毫秒级，操作稍微慢点就完了。而且纠错本身也要消耗大量比特和操作时间，实际跑算法效率低得可怜。退一万步说，就算硬件没毛病了，量子算法也没几个成熟的。除了Shor算法搞加密，Grover算法搜索，还有什么？很多问题经典计算机就能搞定，量子优势不明显。搞金融优化？药物模拟？大部分还停留在纸上谈兵。
量子计算机低温保持装置内部结构
更尴尬的是，AI现在这么火，大量资金都涌向GPU集群。量子计算这点人手和钱，分分钟被碾压。不是我悲观，科研嘛，本来就是长跑。谷歌这次成果当然值得肯定，但老想着马上变现，那是投资人的毛病，不是科研的逻辑。我还记得十年前D-Wave吹量子退火，被学术界骂得狗血淋头，现在也没见什么商业奇迹。所以啊，把期望值调低点，对大家都好。
科研成果评价：别总盯着论文数量
说起来，谷歌这次发的是Nature论文，但也有同行私下嘀咕，是不是为了PR故意放卫星。这让我想起国内很多高校的科研成果评价——数论文、看影响因子，把科研变成了刷分游戏。我不是反对发顶刊，但为了追求一篇CNS，很多课题组不惜倾尽所有资源去撞大运，反而忽视了踏踏实实的技术积累。量子计算这种硬科技，需要的是几十年的冷板凳，不是热搜榜上的三分钟热度。科研评价体系指标权重图
写到这儿，突然想起当年看《星际穿越》，里面布兰德博士说：“我们曾经仰望星空，思索我们在宇宙中的位置。而现在我们只是低头，担心我们在沙土中的生存。” 扯得有点远，但觉得有点相通。量子计算仰望星空没错，可也得踩在沙土里一步步走。Willow这颗芯片，就像沙土里长出的一棵小苗，挺好，真的挺好。只是别急着叫它参天大树。
科研成果从来不是一蹴而就的，它是无数失败堆叠出来的偶然闪光。 我们能做的，就是给那些真正做研究的人多点耐心，少点浮躁的吹捧。至于什么时候能用量子电脑打游戏... 梦里啥都有。
好了，就聊这么多。得去赶工了，老板催活儿。