其中，空間物理學(xué)專家、北京大學(xué)涂傳詒院士多次在公眾號(hào)發(fā)表質(zhì)疑文章。此外，網(wǎng)絡(luò)上也出現(xiàn)了諸多科學(xué)愛好者的各種評(píng)論。為了澄清相關(guān)概念，提供一個(gè)開放的科學(xué)討論平臺(tái)，“墨子沙龍”、“知識(shí)分子”聯(lián)系了涂院士獲得了其質(zhì)疑文章的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限，并邀請(qǐng)了陸朝陽(yáng)和潘建偉教授就相關(guān)疑問(wèn)進(jìn)行回復(fù)，一并刊登，以饗讀者。
構(gòu)建“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)并實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性的論文正式發(fā)表后[1]，短短時(shí)間內(nèi)在美國(guó)《科學(xué)》網(wǎng)站的全文閱讀量已經(jīng)達(dá)到26萬(wàn)次。這個(gè)工作不僅吸引了量子計(jì)算領(lǐng)域同行的廣泛關(guān)注，也引發(fā)了其他領(lǐng)域?qū)W者和社會(huì)公眾的興趣。
例如，研究“空間物理學(xué)、太陽(yáng)風(fēng)湍流、太陽(yáng)風(fēng)動(dòng)力學(xué)與日球?qū)游锢怼钡谋本┐髮W(xué)涂傳詒院士多次在公眾號(hào)發(fā)表質(zhì)疑文章，長(zhǎng)期多次來(lái)信與我們交流，并發(fā)函至中國(guó)科學(xué)院發(fā)表意見。涂傳詒院士主要有兩個(gè)質(zhì)疑：
“九章”不是量子計(jì)算機(jī)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性。[2]
“九章”論文和中國(guó)科大的新聞稿使民眾誤認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了通用量子計(jì)算機(jī)。[3]
筆者非常感謝涂先生對(duì)我們工作的關(guān)注，對(duì)于他的質(zhì)疑，我們給出如下回答：
根據(jù)量子信息領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期確立的定義和共識(shí)，“九章”毫無(wú)疑問(wèn)是光量子計(jì)算機(jī)。根據(jù)嚴(yán)格的計(jì)算復(fù)雜度證明、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)論證、國(guó)際評(píng)審以及廣泛的同行評(píng)價(jià)，“九章”在目前最好的理論框架下，明確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算優(yōu)越性。
“九章”論文和中國(guó)科大的新聞通稿都清楚地表明了“九章”實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算三個(gè)里程碑中的第一個(gè)里程碑“量子計(jì)算優(yōu)越性”。凡是認(rèn)真閱讀過(guò)九章論文和新聞稿的讀者，都不會(huì)誤解“九章”是通用量子計(jì)算機(jī)。
結(jié)合其他流傳的網(wǎng)絡(luò)評(píng)論文章，筆者分析了引起質(zhì)疑的原因，認(rèn)為可能是由于涂先生和部分科學(xué)愛好者對(duì)于量子計(jì)算和玻色取樣的專業(yè)概念的理解存在偏差。對(duì)此，我們?cè)谌缦禄貜?fù)中進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)于“量子計(jì)算機(jī)”的定義和詞匯使用
2010年，六位在不同物理系統(tǒng)上（光學(xué)、超導(dǎo)、離子阱、固態(tài)等）研究量子計(jì)算的資深專家在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表了題目為“Quantum computers”（量子計(jì)算機(jī)）的綜述論文[Nature 464, 45 (2010)]，文中第一句話就定義了量子計(jì)算機(jī)：“量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)利用多粒子量子波函數(shù)的復(fù)雜性來(lái)解決計(jì)算難題的機(jī)器。”（“a quantum computer: a machine that would exploit the full complexity of a many-particle quantum wavefunction to solve a computational problem.”）
維基百科（quantum computing 詞條）上對(duì)量子計(jì)算的定義為：“量子計(jì)算是指利用相干疊加和糾纏等量子現(xiàn)象來(lái)執(zhí)行計(jì)算?！保ā癚uantum computing is the use of quantum phenomena such as superposition and entanglement to perform computation.”）
在這一定義下，“量子計(jì)算機(jī)”已經(jīng)被國(guó)際學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期使用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1998年以來(lái)（當(dāng)時(shí)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)技術(shù)剛剛起步，只能做兩個(gè)物理比特和最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)演示），包括David J. Wineland（因?yàn)榱孔佑?jì)算等獲得2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）、Peter Zoller（2013年沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)）、Anton Zeilinger（2010年沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)）、Rainer Blatt（美國(guó)科學(xué)院院士）等在內(nèi)的國(guó)際量子計(jì)算研究先驅(qū)在他們利用原子、離子、核磁、光子等開展量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究的文章題目中就已經(jīng)醒目地使用“quantum computer”（“量子計(jì)算機(jī)”）一詞。列舉幾個(gè)例子：
●Hansen, et al. Implementation of a quantum search algorithm on a quantum computer. Nature 393, 344 (1998).
●Wineland, et al. Experimental Primer on the Trapped Ion Quantum Computer. Fortschritte der Physik, 46, 363 (1998).
●Blatt, et al. Implementation of the Deutsch–Jozsa algorithm on an ion-trap quantum computer. Nature 421, 48 (2003).
●Zeilinger, et al. Experimental realization of Deutsch"s algorithm in a one-way quantum computer. PRL 98 140501 (2007).
●Blatt, et al. Deterministic entanglement swapping with an ion-trap quantum computer. Nature Physics 4, 839 (2008).
●Zoller, & Blatt, et al. Real-time dynamics of lattice gauge theories with a few-qubit quantum computer. Nature 534, 516 (2016)。
“九章”論文經(jīng)過(guò)正常的國(guó)際同行評(píng)議，發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。論文的摘要里就明確指出“The photonic quantum computer, Jiuzhang, generates up to 76 output photon…”（這一光量子計(jì)算機(jī)，九章，產(chǎn)生了高達(dá)76個(gè)輸出光子……）。所以，涂先生說(shuō)的“量子計(jì)算機(jī)這一說(shuō)法沒(méi)有出處”顯然與事實(shí)不符。
綜上，“九章”光量子計(jì)算機(jī)這一名詞的使用完全符合國(guó)際學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期建立起來(lái)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的定義。
“九章”實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性的科學(xué)意義
“九章”的最重要科學(xué)貢獻(xiàn)是首次顯示了基于光子的量子計(jì)算機(jī)在特定問(wèn)題求解方面超越了最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)（根據(jù)目前最好理論，快一百萬(wàn)億倍），使我國(guó)首次利用光子體系達(dá)到量子計(jì)算優(yōu)越性里程碑。
在現(xiàn)代科學(xué)高度細(xì)化的今天，即使是同一個(gè)大領(lǐng)域的學(xué)者也無(wú)法很快詳細(xì)了解一個(gè)子方向的細(xì)節(jié)和物理意義。因此，現(xiàn)代科學(xué)的通行規(guī)則是由專業(yè)的小同行來(lái)進(jìn)行學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)?！熬耪隆钡奈恼骂}目是“Quantum computational advantage using photons”，就清清楚楚地宣稱了“利用光子實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性”，這一宣稱是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的國(guó)際同行的匿名評(píng)審的?！熬耪隆闭撐脑诰€發(fā)表三個(gè)月，這一宣稱已被包括來(lái)自哈佛、普林斯頓、斯坦福、牛津、耶魯、MIT、NIST、ETH以及谷歌、微軟、IBM等單位的國(guó)際同行正面引用90余次（Google Scholar）。這里僅舉幾個(gè)同行評(píng)價(jià)的例子：
● 來(lái)自哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院、加拿大多倫多大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)等的15名國(guó)際知名學(xué)者應(yīng)邀為《現(xiàn)代物理評(píng)論》（Reviews of Modern Physics）謄寫的預(yù)印本論文中（arXiv:2101.08448，第4頁(yè)），提到“除了谷歌之外，另外一個(gè)量子計(jì)算優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)由潘建偉小組完成，他們利用‘九章’光量子計(jì)算機(jī)完成了高斯玻色取樣任務(wù)”（“An additional quantum advantage experiment was carried out by Jian-Wei Pan’s group using a Jiuzhang photonic quantum computer performing Gaussian boson sampling (GBS) …”）。
● 瑞典皇家理工學(xué)院的Val Zwiller教授在《Advanced Photonics》期刊發(fā)表評(píng)述文章，評(píng)價(jià)：“在超導(dǎo)和光子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性可以被看作是第一個(gè)人造衛(wèi)星Sputnik時(shí)刻，如同20世紀(jì)的太空競(jìng)賽一樣，量子競(jìng)賽正在形成，而新技術(shù)將釋放巨大的優(yōu)勢(shì)。主要的應(yīng)用還有待發(fā)明，就像在Sputnik時(shí)代，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS還沒(méi)有被設(shè)想過(guò)一樣?！保ā癉emonstrations of quantum computational advantage in superconducting and photonic systems can be seen as a Sputnik moment where, much like for the space race in the 20th century, a quantum race is taking shape where new technologies will unleash massive advantages. The main applications remain to be invented, much like the GPS had not yet been imagined in the days of Sputnik.”）Sputnik是蘇聯(lián)發(fā)射的首顆人造衛(wèi)星，預(yù)示了太空時(shí)代的開始。雖然Sputnik沒(méi)有實(shí)用的功能，只會(huì)繞地球旋轉(zhuǎn)發(fā)出周期性的“嗶嗶”的聲音，但是它首次展示了人類探索太空的能力。
● 麻省理工學(xué)院教授Dirk Englund在接受媒體采訪中評(píng)價(jià)：“這是一個(gè)劃時(shí)代的成果。這是開發(fā)這些中型量子計(jì)算機(jī)的里程碑。”（“This is a momentous result. It’s a milestone in development these intermediate scale quantum computers. ”）
綜上，根據(jù)國(guó)際專業(yè)評(píng)審以及廣泛的同行評(píng)價(jià)，“九章”在目前的理論框架下明確無(wú)誤演示了量子計(jì)算優(yōu)越性，該工作的重要性獲得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度評(píng)價(jià)。
國(guó)際科學(xué)媒體對(duì)“九章”的報(bào)道
“九章”論文發(fā)表之后，在《科學(xué)》網(wǎng)站的全文閱讀量已經(jīng)達(dá)到26萬(wàn)次（一般發(fā)表在《自然》和《科學(xué)》上的物理類論文全文閱讀量同期平均大約是三千次），在推特上閱讀量超過(guò)600萬(wàn)，被包括《自然》、《科學(xué)美國(guó)人》、《新科學(xué)家》等在內(nèi)的百余家國(guó)際科技媒體積極報(bào)道。舉幾個(gè)例子（全文和更多報(bào)道請(qǐng)見附件）：
●《自然》新聞 – 中國(guó)物理學(xué)家向谷歌“量子計(jì)算優(yōu)越性”發(fā)起挑戰(zhàn)：光量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)經(jīng)典計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)無(wú)法完成的運(yùn)算。
（Nature News – Physicists in China challenge Google"s "quantum advantage": Photon-based quantum computer does a calculation that ordinary computers might never be able to do.）
●《科學(xué)美國(guó)人》– 光量子計(jì)算機(jī)超過(guò)全球運(yùn)算最快的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。
（Scientific American – Light-Based Quantum Computer Exceeds Fastest Classical Supercomputers.）
●《新科學(xué)家》– 測(cè)量光的量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。
（New Scientist – A quantum computer that measures light has achieved quantum supremacy.）
●《科學(xué)新聞》–“九章”新型光學(xué)量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。
（Science News – The new light-based quantum computer Jiuzhang has achieved quantum supremacy.）
中國(guó)科大的新聞通稿和科普努力
一方面，國(guó)際學(xué)術(shù)界和國(guó)際媒體廣泛使用“量子計(jì)算機(jī)”標(biāo)題對(duì)“九章”進(jìn)行了報(bào)道并給予了高度贊譽(yù)；另一方面，考慮到國(guó)內(nèi)輿論環(huán)境、創(chuàng)新氛圍不同，部分領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)于科技創(chuàng)新的新名詞可能抱有非常傳統(tǒng)和保守的態(tài)度，為了避免引起外界的過(guò)度解讀，中國(guó)科大課題組努力采取了更加中性的表述：
首先，為了避免論文被誤讀為容錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)，“九章”論文前言明確指出：“建造可以用來(lái)運(yùn)行Shor算法的容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)還需要長(zhǎng)期的努力”（Building a fault-tolerant quantum computer to run Shor’s algorithm, however, still requires long-term efforts）。
其次， 盡管先前谷歌和媒體用了“量子霸權(quán)”（quantum supremacy）一詞來(lái)報(bào)道谷歌“懸鈴木”的工作，中國(guó)科大課題組為了避免“量子霸權(quán)”一詞帶來(lái)的潛在的政治風(fēng)險(xiǎn)和不必要的炒作，在論文和新聞通稿中都采用了更中性的“量子計(jì)算優(yōu)越性”（quantum computational advantage）一詞。
第三， 在新聞通稿中特意用了“量子計(jì)算原型機(jī)”（prototype）的稱呼，以此強(qiáng)調(diào)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，離實(shí)用化還有距離。
第四，為了避免公眾和媒體誤讀為已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用量子計(jì)算機(jī)，新聞通稿特別給出了量子計(jì)算發(fā)展的三步走的里程碑，并明確指出“九章”工作和谷歌的“懸鈴木”一樣是第一步，而容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)是第三步。發(fā)布在中國(guó)科大主頁(yè)的新聞通稿相關(guān)闡述部分如下：
對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的研究，本領(lǐng)域的國(guó)際同行公認(rèn)有三個(gè)指標(biāo)性的發(fā)展階段：
(1). 發(fā)展具備50-100個(gè)量子比特的高精度專用量子計(jì)算機(jī)，對(duì)于一些超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的高復(fù)雜度特定問(wèn)題實(shí)現(xiàn)高效求解，實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的里程碑。
(2). 通過(guò)對(duì)規(guī)?；囿w量子體系的精確制備、操控與探測(cè)，研制可相干操縱數(shù)百個(gè)量子比特的量子模擬機(jī)，用于解決若干超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任的具有重大實(shí)用價(jià)值的問(wèn)題（如量子化學(xué)、新材料設(shè)計(jì)、優(yōu)化算法等）。
(3). 通過(guò)積累在專用量子計(jì)算與模擬機(jī)的研制過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的各種技術(shù)，提高量子比特的操縱精度使之達(dá)到能超越量子計(jì)算苛刻的容錯(cuò)閾值（>99.9%），大幅度提高可集成的量子比特?cái)?shù)目（百萬(wàn)量級(jí)），實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子邏輯門，研制可編程的通用量子計(jì)算原型機(jī)。
第五，在論文結(jié)果閉門介紹會(huì)上，中國(guó)科大邀請(qǐng)了部分媒體記者和課題組成員進(jìn)行了當(dāng)面交流，力求宣傳報(bào)道準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)。官方發(fā)布的新聞通稿的科學(xué)解讀強(qiáng)調(diào)了三步走的里程碑，明確指出該實(shí)驗(yàn)是第一步。
第六，盡管做了上述努力，在復(fù)雜多變的信息傳播過(guò)程中，依然不可避免地出現(xiàn)了一些對(duì)相關(guān)工作了解不夠的媒體和個(gè)人公眾號(hào)的過(guò)度解讀。中國(guó)科大課題組一貫反對(duì)科技宣傳的浮夸風(fēng)，為澄清相關(guān)科學(xué)概念，課題組成員潘建偉和陸朝陽(yáng)主動(dòng)參加了“知識(shí)分子”等媒體組織的線上直播（點(diǎn)擊量超過(guò)兩百萬(wàn)），以科學(xué)積極的態(tài)度回應(yīng)公眾和經(jīng)典計(jì)算領(lǐng)域相關(guān)專家的爭(zhēng)議。
如上所述，量子計(jì)算機(jī)是量子力學(xué)誕生之后國(guó)際學(xué)術(shù)界形成的對(duì)計(jì)算的更深刻的定義，是被國(guó)際同行廣泛認(rèn)可的。在線上直播中，為了更好地向經(jīng)典計(jì)算領(lǐng)域的專家解釋相應(yīng)部件的原理，如果非要套用經(jīng)典計(jì)算機(jī)的定義，課題組成員借用了更加細(xì)化的稱呼“專用量子計(jì)算機(jī)”、或者和CPU（經(jīng)典計(jì)算機(jī)的核心：中央處理器）對(duì)應(yīng)的QPU（“量子處理器”）。顯然，這些說(shuō)法絲毫不削弱工作本身的重大科學(xué)意義，也不應(yīng)該被斷章取義。
質(zhì)疑文章對(duì)部分專業(yè)概念的理解偏差
a) 對(duì)量子計(jì)算和玻色取樣的理解存在偏差
在多篇公眾號(hào)文章中，涂先生的一個(gè)主要觀點(diǎn)是：“九章”解決的玻色取樣不是計(jì)算過(guò)程，因而不能顯示光量子計(jì)算的優(yōu)越性。
首先，如前所述，根據(jù)國(guó)際學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期建立的對(duì)“量子計(jì)算機(jī)”的科學(xué)定義和廣泛使用，“九章”毫無(wú)疑問(wèn)是光量子計(jì)算機(jī)。
其次，關(guān)于“玻色取樣”這一抽象問(wèn)題的理解，涂先生的主要理解偏差在于認(rèn)為它“不能求解任何事先給定的數(shù)學(xué)問(wèn)題”、“不是對(duì)任何事先給定的數(shù)學(xué)函數(shù)給定的輸入值為求輸出值而設(shè)計(jì)的。玻色采樣是相干子通過(guò)光子干涉儀的物理實(shí)驗(yàn)，輸入光子是非高斯分布，而輸出光子是高斯分布?！贝_實(shí)，非本專業(yè)的學(xué)者希望在很短時(shí)間內(nèi)理解抽象的玻色取樣參考文獻(xiàn)（包括110頁(yè)的包含大量數(shù)學(xué)推導(dǎo)的Aaronson-Arkhipov 2013原始論文）是比較困難的。
事實(shí)上，（1）玻色取樣是一個(gè)非常清晰定義的有輸入輸出的計(jì)算過(guò)程：給出一個(gè)事先給定的N*N的幺正矩陣，計(jì)算任務(wù)就是由經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)給出和該矩陣的積和式(Permanent)相關(guān)的輸出樣本（可參閱牛津大學(xué)課題組發(fā)表的Science 339, 798 (2013)論文的第三段）。計(jì)算積和式是一個(gè)典型的#P-hard問(wèn)題，隨問(wèn)題規(guī)模變大需要指數(shù)量級(jí)的計(jì)算時(shí)間。（2）正因?yàn)椴Ｉ邮且粋€(gè)定義清晰的數(shù)學(xué)問(wèn)題，因此被國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)為是用來(lái)證明量子計(jì)算優(yōu)越性的理想算法，如2017年發(fā)表在Nature 549, 203-209的文章“量子計(jì)算優(yōu)越性”(Quantum computational supremacy)所大篇幅論述和明確指出的。（3）涂先生對(duì)非本專業(yè)的量子光學(xué)概念存在一些誤解，例如，玻色取樣輸入的不是“相干子”（否則計(jì)算過(guò)程就變得非常簡(jiǎn)單了），而是非經(jīng)典的全同單光子或者壓縮態(tài)，輸出光子也不是“高斯分布”，而是由該矩陣積和式?jīng)Q定的一個(gè)復(fù)雜分布。
b)涂先生和部分科學(xué)愛好者吐槽：“九章1+1=2都算不了?！?/strong>
通過(guò)調(diào)節(jié)硬件設(shè)置，“九章”很容易可以計(jì)算1+1=2，但是這無(wú)異于殺雞用牛刀。事實(shí)上，涂先生和少數(shù)網(wǎng)民指出來(lái)的是15年前領(lǐng)域的發(fā)展水平。2005年，中國(guó)科大研究組首次實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立光子之間的非破壞性控制邏輯非門CNOT（PRL 94, 030501），利用CNOT就可以實(shí)現(xiàn)加法器。2007年，在此基礎(chǔ)上，研究組演示了最簡(jiǎn)單的大數(shù)分解算法例子，把15分解為3乘以5（PRL 99, 250504），該工作被美國(guó)物理學(xué)會(huì)、《新科學(xué)家》等報(bào)道，入選了“中國(guó)基礎(chǔ)研究十大進(jìn)展”和“中國(guó)高校十大科技進(jìn)展”。這些工作是國(guó)際上最早利用光子比特開展的通用量子計(jì)算研究。但是，如新聞通稿里面路線圖指出的，這個(gè)方向還需要長(zhǎng)期努力，做到幾百萬(wàn)個(gè)高保真度量子比特才能體現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)。所以，量子計(jì)算領(lǐng)域的專家一直在設(shè)計(jì)更巧妙的計(jì)算路徑?！熬耪隆本褪瞧渲幸环N。
量子計(jì)算研究的核心目的是，對(duì)于一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以求解的問(wèn)題，利用量子疊加和糾纏的原理，提供新型高效的解決方案。量子計(jì)算機(jī)面向的任務(wù)不是簡(jiǎn)單的加減乘除、文字輸入等，而是高復(fù)雜度的大數(shù)分解、量子化學(xué)、面向大數(shù)據(jù)的人工智能等。例如，“九章”用來(lái)解決的是高斯玻色取樣這一和計(jì)算復(fù)雜度理論中的“#P-hard”相關(guān)的難題，并由此為排除“擴(kuò)展丘奇-圖靈論題”提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
為了更便于理解，我們舉一個(gè)貼近生活的例子。如同量子計(jì)算機(jī)的研究是為了解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以求解的問(wèn)題，汽車、飛機(jī)和火箭的產(chǎn)生也是為了突破先前傳統(tǒng)交通工具難以企及的界線。但是，人們不會(huì)追求“大而全”而要求飛機(jī)要載人散步爬樓梯，等等。
另外，對(duì)于民科臆想的一些駁倒“九章”的令人啼笑皆非的點(diǎn)子，諸如用手電筒在裝滿鏡子的屋子里亂照一通來(lái)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)、用大型高爾頓板來(lái)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)，感興趣的讀者可以參閱中國(guó)科學(xué)院科學(xué)傳播研究中心副主任袁嵐峰的一篇科普文章（量子計(jì)算機(jī)不是計(jì)算機(jī)？鍵盤俠們會(huì)對(duì)美國(guó)這樣說(shuō)嗎？）。
明顯地，根據(jù)嚴(yán)格計(jì)算復(fù)雜度證明、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)論證、國(guó)際評(píng)審以及廣泛的同行評(píng)價(jià)，“九章”量子計(jì)算機(jī)在目前最好的理論框架下，明確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算優(yōu)越性。
事實(shí)上，對(duì)于嚴(yán)肅的學(xué)術(shù)質(zhì)疑，已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際規(guī)范，如果有不同的見解，任何人都可以往Science投稿一篇Comment學(xué)術(shù)論文，進(jìn)行同行評(píng)審，引起量子計(jì)算學(xué)術(shù)界的關(guān)注。例如，谷歌于2019年利用超導(dǎo)量子計(jì)算芯片“懸鈴木”實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性的論文就曾被IBM、阿里巴巴，以及最近中科院理論物理所的同行評(píng)論，相關(guān)學(xué)術(shù)論文發(fā)布在arXiv，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C和算法創(chuàng)新極大地挑戰(zhàn)了谷歌的實(shí)驗(yàn)。到目前為止，“九章”實(shí)驗(yàn)沒(méi)有受到正式的專業(yè)的小同行的嚴(yán)肅質(zhì)疑，這也使得部分國(guó)際專家認(rèn)為“九章”是目前唯一保持量子優(yōu)越性的工作。中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)非常歡迎嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的學(xué)術(shù)質(zhì)疑，正如新聞通稿寫的：“研究人員希望這個(gè)工作能夠激發(fā)更多的經(jīng)典算法模擬方面的工作，也預(yù)計(jì)將來(lái)會(huì)有提升的空間。量子優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)并不是一個(gè)一蹴而就的工作，而是更快的經(jīng)典算法和不斷提升的量子計(jì)算硬件之間的競(jìng)爭(zhēng)，但最終量子并行性會(huì)產(chǎn)生經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法企及的算力。”
后記：名字重要？還是解決問(wèn)題能力重要？
最后，筆者覺得，叫什么名字是不重要的，重要的是能干什么。套用一句名言：“解決問(wèn)題的能力是評(píng)價(jià)量子計(jì)算的唯一標(biāo)準(zhǔn)?！?br />對(duì)于廣大民眾，想要了解科學(xué)，要有科學(xué)的思維，一定要分辨清楚科學(xué)關(guān)心的是什么？對(duì)于量子計(jì)算來(lái)說(shuō)，我們關(guān)心的是有沒(méi)有超越人類當(dāng)前操縱物質(zhì)世界的能力？能不能更高效地算清楚更多的東西？造出一個(gè)利用全新的原理允許的計(jì)算裝置，并具備超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，是核心科學(xué)目標(biāo)。如果非要咬文嚼字，很多科技創(chuàng)新就會(huì)陷入被舊認(rèn)知口誅筆伐的境地。太空飛船一定要是在水里游的船嗎？機(jī)器“人”一定要按照原來(lái)的“人”的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義嗎？原子“彈”非要遵循常規(guī)子彈的條條框框嗎？分子“馬達(dá)”必須長(zhǎng)得符合普通大眾對(duì)馬達(dá)的固有印象嗎？
筆者再次感謝涂先生對(duì)我們工作的關(guān)心和對(duì)我們實(shí)驗(yàn)的高度評(píng)價(jià)。正因?yàn)槲覀兎浅＞磁逅J(rèn)真的態(tài)度，本著求真的精神，我們也非常認(rèn)真地指出他并沒(méi)有完全理解該實(shí)驗(yàn)涉及到的量子計(jì)算知識(shí)。
當(dāng)然，這是非常正常和普遍的現(xiàn)象?；仡櫩茖W(xué)發(fā)展史，包括量子力學(xué)在內(nèi)的許多新概念和技術(shù)在其產(chǎn)生的初期，都不被包括許多知名科學(xué)家在內(nèi)的學(xué)界和公眾理解，而往往都需要一定的時(shí)間才被逐步接受和廣泛認(rèn)可。量子信息科學(xué)從本世紀(jì)初在國(guó)內(nèi)甚至被認(rèn)為是偽科學(xué)，到目前成為幾乎所有發(fā)達(dá)國(guó)家的重大戰(zhàn)略，該領(lǐng)域也是一直在質(zhì)疑聲中不斷成長(zhǎng)和被接受。在這個(gè)過(guò)程中，我國(guó)已經(jīng)逐步取得了在量子通信領(lǐng)域領(lǐng)跑和在量子計(jì)算領(lǐng)域并跑的公認(rèn)的國(guó)際地位。我們會(huì)繼續(xù)充滿著極大的感恩、耐心和信心，努力取得更好的成績(jī)回饋社會(huì)。
[1] Quantum computational advantage using photons；中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑
[2] 雜談｜是量子計(jì)算，還是光學(xué)實(shí)驗(yàn)？（微信公眾號(hào)“pku空間所”，2020-12-21）
[3] 對(duì)“九章-光量子計(jì)算機(jī)” 的理解 （微信公眾號(hào)“pku空間所”，2021-3-11）
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附文一：雜談｜是量子計(jì)算，還是光學(xué)實(shí)驗(yàn)？
（涂傳詒，于2020-12-21發(fā)表在公眾號(hào)“pku空間所”）
引言
中國(guó)科技大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)于2020年12月3日在“SCIENCE”發(fā)表First release report，H.-S. Zhong et al., Science 10.1126/science.abe8770 (2020) （見附件 1），發(fā)表“高斯玻色取樣”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有76個(gè)被探測(cè)到的光子，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了先前創(chuàng)下的有5個(gè)被測(cè)光子的紀(jì)錄。《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，此項(xiàng)成果是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”；“這個(gè)實(shí)驗(yàn)不存在爭(zhēng)論”；“這個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)挑戰(zhàn)非常巨大”。加拿大卡爾加里大學(xué)教授、量子科學(xué)和技術(shù)研究所所長(zhǎng)Barry Sanders說(shuō)“為了獲得此結(jié)果，他們必須解決許多非常困難的技術(shù)問(wèn)題。僅僅在技術(shù)層面上，他們所取得的成就也令人印象深刻。這是人們夢(mèng)寐以求的實(shí)驗(yàn)，他們做成了，讓夢(mèng)想走進(jìn)現(xiàn)實(shí)?！保ㄒ姼郊?，附件5）。確實(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性、實(shí)驗(yàn)解決的問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的挑戰(zhàn)，沒(méi)有爭(zhēng)論。
但是，人們對(duì)《科學(xué)》文章報(bào)道的內(nèi)容，是物理實(shí)驗(yàn)還是量子計(jì)算，有不同看法?！癝CIENCE” 文章（附件 1）的標(biāo)題是“Quantum computational advantage using photons”，（用光子進(jìn)行量子計(jì)算的優(yōu)越性）。由此標(biāo)題可看出，該文認(rèn)為其用光子做的實(shí)驗(yàn)就是量子計(jì)算， 比起當(dāng)代超級(jí)計(jì)算機(jī)有優(yōu)越性。該文導(dǎo)致出現(xiàn)如下有很大爭(zhēng)議的評(píng)價(jià)：九章量子計(jì)算系統(tǒng)處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一百萬(wàn)億倍；“九章”一分鐘完成的任務(wù)，超級(jí)計(jì)算機(jī)需要一億年；等效速度比去年谷歌發(fā)布的53個(gè)超導(dǎo)比特量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”快一百億倍。對(duì)此，人們提出如下的概念性的或者是邏輯性的問(wèn)題（附件 3.）：SCIENCE 文章模擬“高斯玻色取樣”的過(guò)程是物理實(shí)驗(yàn)還是量子計(jì)算？實(shí)驗(yàn)裝置是不是量子計(jì)算機(jī)？實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)果的速度與超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬該項(xiàng)任務(wù)的速度比較是否有意義？討論這些問(wèn)題不涉及學(xué)術(shù)，但是這是一個(gè)社會(huì)關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題，討論這一問(wèn)題，對(duì)于厘清相關(guān)名詞和語(yǔ)言的概念是重要的，對(duì)于準(zhǔn)確描述相關(guān)科技現(xiàn)狀是重要的，對(duì)于公眾的理解是重要的。本文將詳細(xì)討論這些問(wèn)題。
本文結(jié)論是，該“SCIENCE”文章，混淆了“實(shí)驗(yàn)”與“計(jì)算”的概念，所做的光學(xué)實(shí)驗(yàn)與量子計(jì)算無(wú)關(guān)，“九章” 機(jī)器不是量子計(jì)算機(jī)，不能直接顯示量子計(jì)算的優(yōu)越性。
本文分段如下：2. SCIENCE 文章內(nèi)容的科普理解；3. SCIENCE 文章描述的過(guò)程是物理實(shí)驗(yàn)還是量子計(jì)算？該裝置是光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備還是是量子計(jì)算機(jī)？4. 實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)果的速度與超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的速度比較有沒(méi)有意義？5.結(jié)論。
SCIENCE 文章內(nèi)容的科普理解
我們先簡(jiǎn)單科普一下“玻色取樣”問(wèn)題。
所謂“玻色取樣”問(wèn)題，可以解釋成一個(gè)量子世界的高爾頓板。這個(gè)問(wèn)題的模型如圖1所示，小球從最上方被扔下，每經(jīng)過(guò)一個(gè)釘板，都有一半的可能從左邊走，一半的可能從右邊走，當(dāng)有很多個(gè)小球從上往下隨機(jī)掉落時(shí)，落在下面的格子里的小球數(shù)量分布上會(huì)呈現(xiàn)一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律（高斯分布）。見下圖
圖-1，高爾頓板問(wèn)題。左圖，原理；右圖，真實(shí)實(shí)驗(yàn)的照片。
下圖顯示“玻色取樣”的基本概念：當(dāng)n個(gè)全同玻色子經(jīng)過(guò)一個(gè)干涉儀（線性變換器）之后，求特定分布的輸出概率。這就是一種量子版的“高爾頓板”問(wèn)題。就像圖二展示的那樣，小球變成了光子，釘板變成了分束器，若干個(gè)光子進(jìn)入網(wǎng)格之后，經(jīng)過(guò)分束器組成的干涉儀，最終分別在哪些出口被探測(cè)到，記錄下來(lái)，就是一個(gè)采樣。積累之后，光子數(shù)也會(huì)有一個(gè)分布。每一種采樣結(jié)果都對(duì)應(yīng)一個(gè)概率。全部可能的采樣結(jié)果就構(gòu)成輸出態(tài)的態(tài)空間。見下圖， 左圖示出原理， 右圖示出九章實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。圖-2：左圖，“九章”實(shí)驗(yàn)的原理圖，光子干涉網(wǎng)絡(luò)和結(jié)果分布的示意圖。右圖，最終探測(cè)到的光子數(shù)分布。這高斯分布橫軸最高的數(shù)目是76個(gè)光子。
與利用硅處理器構(gòu)建的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同，“九章”機(jī)器（該文稱他們的高斯取樣裝置為九章機(jī)器）是一個(gè)由激光器、反射鏡、棱鏡、分束器和光子探測(cè)器組成的精密桌面裝置， 見下圖。圖-3：“九章”量子計(jì)算原型機(jī)光路系統(tǒng)原理圖（上圖）：左上方激光系統(tǒng)產(chǎn)生高峰值功率飛秒脈沖；左方25個(gè)光源通過(guò)參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生50路單模壓縮態(tài)輸入到右方100模式光量子干涉網(wǎng)絡(luò);最后利用100個(gè)高效率超導(dǎo)單光子探測(cè)器對(duì)干涉儀輸出光量子態(tài)進(jìn)行探測(cè) 制圖：陸朝陽(yáng) 彭禮超。下圖是實(shí)際裝置的照片。
