“量子霸权”及其前景

　　■江晓原 刘兵

　　江：

　　这次我们要谈的书，已经不那么时髦了——也曾在媒体上时髦过一阵，但因媒体热点层出不穷，它早已被更时髦的话题挤到一边去了。这样也好，我们可以更安静地阅读和谈论此书。

　　本书作者加来道雄是美籍日裔物理学家，出版过多种物理学方面的通俗著作，这本《量子霸权：量子计算机革命如何改变世界》也是通俗著作。我们的“南腔北调”以前好像没有谈过他的书。

　　“量子霸权”（Quantum Su⁃premacy）这个概念据说最初由物理学家John Preskill于2012年提出，意指量子计算装置所能拥有的远超经典计算机的计算能力。而“算力”在很长一段时间里，一直被视为人工智能发展的决定性因素之一，直到前不久中国的DeepSeek模型问世，才对上述关于算力的叙事构成了挑战。但即使DeepSeek开辟了新的路径，算力对于人工智能来说仍是必不可少的基础之一。

　　加来道雄在本书中，对量子计算技术的发展史做了通俗的讲解，并展望了量子计算技术在未来的应用场景，以及这些应用对未来社会可能产生的影响——涉及能源、材料、健康、饥荒、战争、全球变暖、生命科学、人工智能等各种领域。

　　本书虽然从过去讲到未来，但过去只是理解问题所需的背景和铺垫，对未来的展望才是重点——只是也许他认为，只有在对历史充分了解的基础上，对未来的展望才是（相对来说）更为可靠的。

　　刘：

　　量子计算，或者说量子计算机革命，的确曾是热点，成为人们所关注的话题，尽管在舆论场上一个话题很难长期占据热点位置，近来人工智能大模型，特别是DeepSeek等就又成为吸引眼球的焦点话题。但过去的不那么时髦话题，却仍有可能具有更长久的意义。

　　在科普界名头很大的加来道雄，这本《量子霸权》讨论的是量子计算机革命如何改变世界的问题，不过如你所说，“量子霸权”这个概念，虽然是原来就有其特定的涵义，但我还是觉得这样直译过来，会与我们通常在语言上的理解有些不太一致。或许，我们直接地用“量子计算机革命”，或者“算力”等概念，也许会让讨论更加清晰明确一些，也更能与当下的热点有所结合。

　　既然谈论的对象是一本相对通俗的介绍量子计算机革命的著作，那我们究竟是将讨论集中在普及传播方面，还是集中在其内容的意义、价值等方面呢？

　　江：

　　还是侧重于后者更为有益，当然这也不能和书中具体的科普内容完全脱离。

　　本书的结构相当清晰：第一编共5章，第1章先讲述“量子霸权”的基本意义，然后概要叙述计算机器自古及今的历史，从古希腊青铜机械残骸（就是那个著名的“Antiky-thera仪”）一直讲到量子计算机。后面第二、三、四编每编各4章，则是平面结构，依次讲述量子计算在未来各行各业的应用场景。

　　所谓“量子霸权”，简单来说就是：因为量子计算机的算力远远超过传统计算机，所以一旦有效应用，就会对传统计算机形成霸权（可以理解为呈现碾压之势）。传统计算机在所谓“摩尔定律”（算力每18个月翻一番）的支配下发展到今天，已臻极限状态，明显难以为继了。而量子计算机的算力和传统计算机相比，可以呈现何种状态，书中举了中国科学院“量子信息与量子科技创新研究院”公布的例子——他们的量子计算机运算速度是普通超级计算机的100万亿倍（没有核对英文原版，希望数字没错）。

　　据加来道雄说，现在已经有一些量子计算机可以通过互联网供公众免费使用，比如2016年发布的“IBM Q Experience”量子计算机，就在互联网上有15台可以免费使用。据他说“目前每月约有2000人使用”，这显然是一个相当少的数字，也许是因为这样的高速计算目前没有什么实际的“应用场景”吧。

　　刘：

　　其实，我阅读这本书，感觉作者对于量子计算机的研制发展，以及在现实中的应用和影响，似乎过于乐观了一些。虽然，现在我们也不时地听到有关量子计算机研发新进展的消息，但应该还是在发展的初期阶段，从可以听到的各种信息来判断，应该距离像你我手头的电脑那般的大规模的实际应用，还有相当的距离。类比一下，似乎就像我们时常也听到高温超材料的研究进展，但现在也还远不能真正大规模付诸商业应用一样。从理论上的理想设想，到现实可行的技术应用，往往路程可能会很长。不知你对此如何看法？

　　其次，作者书中的第8章，竟名为“养活地球”，口气可谓是足够大了。其中，主要是例举若干因量子计算机的应用而带来的技术发展应用，特别是在化学化工领域可能带来的新成果，例如固氮。但无论如何，就算这些技术能够得以实现并诉诸实际应用，难道真的就能实现“养活地球”的重任？ 这实在是非常典型的技术乐观主义，对此我是很难认可的。

　　江：

　　你上面的想法我很赞同，事情远不是像有些媒体上所设想的那样简单和乐观。照加来道雄所述，量子计算机技术目前正处在早期阶段，远非可以大规模应用的成熟技术。比如他谈到的“量子退相干”问题，许多设想中或实验中的量子计算机，都需要在接近绝对零度的环境下工作，仅这一点就就会限制量子计算机的许多应用场景。

　　加来道雄真正论及量子计算原理的，其实就是本书的第4章“量子计算机的黎明”。这一章他在对量子力学发展的正确回顾基础上，将各个与量子计算有关的理论节点，都简明扼要地指出了。而第5章“竞赛开始”，则叙述了各种可能的量子计算机方案。我觉得这一章能够传递的主要信息，也就是“量子计算技术还处在早期阶段”。

　　加来道雄所谈论的各种量子计算未来应用场景，比如你表示怀疑的“养活地球”，都有一个相当明显的问题——他的这些展望和设想，在“前量子计算”时代也是同样成立的，无非就是“如果计算机能力进一步加强，就能够……”这样的思路。在许多场景中，如果量子计算得到应用，也未见加来道雄展望出一个改天换地的新局面来。

　　比如本书第14章“全球变暖”，有一节是“量子计算机与气候模拟”，关于用计算机对未来的气候变化进行模拟，我们以前在对谈中就谈到过，许多在计算机上玩出来“气候模型”都是很不靠谱的，而它们不靠谱的原因，并不是因为计算机的算力不够，所以即使用上了量子计算机，不靠谱的模型恐怕也很难脱胎换骨吧？

　　刘：

　　我们需要注意的是，这是一本科普书，是一本由一位科普大家写成的科普书。书中所反映出来的这种依靠科学来解决世界上众多重大问题的乐观主义，其实绝不仅仅是在科普领域存在，而是有着更广泛的社会背景，这本科普书只不过是这种流传相当广泛的思潮的一种典型反映而已。

　　但就算是在科普领域，我们也会注意到，在当下的科普作品中，这样的观念又是占据了相当比例的。结果，也会在社会公众层面潜移默化地让公众接受这样的乐观主义，并对科学的发展只关注其正面的影响，关注哪怕还只是潜在可能的积极影响。

　　在对科学进行人文研究的学术界，例如像STS领域，其实并不只有这一种立场。对于将科技的发展放在一个适当的位置，同时意识到仅靠科技，甚至靠那些还不确定的科技，并不能解决所有的问题。科技只是社会存在中的一种力量和因素而已，如果没有与之相配套的其他要素的发展，不仅不能理想地解决各种现在和未来的问题，甚至还会带来新的问题。可惜的是，这样的立场和观点，在科学传播领域，尤其是在国内主流的科普领域，似乎并未得到体现。这样的局面，是应该引起人们的重视并需要有所改变的。

　　江：

　　你说的这种乐观主义，当然也难免普遍弥漫在加来道雄的这本书中。比如他谈到量子计算在“模拟”的应用场景中，除了模拟气候变化，还谈到了另一种类型的模拟——用计算机模拟来替代试验。他举的例子是飞机或汽车的空气动力学设计中的试验，这事他恐怕就过于乐观。

　　有一种意见认为，计算机模拟并不能有效替代实际的风洞试验。大型风洞也是高度工业化的实验设备，据说现在世界上最大的风洞设备只有中国能够制造，而美国搞脱实向虚多年，导致产业空心化，不得不用计算机模拟来替代风洞试验，但效果并不理想，这个缺陷在美军最新的战机研发和生产中已经反映出来。之所以不理想的原因，恐怕也不是用了量子计算机就能够消除的。

　　从常识来说，我们对外部世界的了解永远都是不完备的，这注定了计算机上的试验模型也不可能是完备的，因此无论计算机的算力变得何等强大，计算机模拟不可能完全替代实物试验。所以加来道雄举的这个例子，实际上也是以前“计算机科普”中常见的老生常谈（这个涉及风洞的话题毕竟不是加来道雄的本行专业——他在本书第4章中交代说，他的本行专业是“量子场论”）。

　　刘：

　　你讲到的这个计算机模拟实验的问题，其实在很大程度上也是一个科学哲学的

　　问题。从科学的发展来说，曾有人将计算机模拟实验作为科学发展的一个新阶段，抛开争议不说，这总体上也还是属于基础科学的范畴。而整个当代基础科学的特点之一，就是理想化，它可以在人工简化环境下的实验室内得到验证，也可以部分地通过计算机模拟实验得以“验证”。但你前面谈到的像气候变化、飞机或汽车等，实际上是面对现实的问题，或者说要在现实中运行的技术乃至工程。对于后者，显然仅仅有理想化的基础科学是远远不够的。现实是复杂的，涉及的要素和问题远比理想化的基础科学研究要多得多。

　　这似乎也与你以前曾多次谈到的基础科学研究与实际技术发展的不一致问题相关。就此来说，随着计算能力的增强，哪怕考虑到未来有可能实现的具有超级算力的量子计算机的使用，固然在计算机模拟实验方面会有突破，但这是否就一定会带来在实际应用上的革命性变化，其实也还在未定之天。

　　不知什么原因，或许是因为此书写作偏早，抑或在写作时人工智能大语言模型的爆发还未出现，加来道雄这本以量子计算机为主题的科普著作，涉及“算力”问题，但却几乎没在这方面谈些什么。如果加以深入讨论，岂不是更切中要害？ 当然，与此同时又要陷入对人工智能的本质、极限及迅速发展所带来的更多问题和争议了。

　　总结来看，作为量子计算机的基本原理和早期发展的回顾，这本科普书还是不错的，只可惜一旦延伸到实际应用和带来的社会影响，由于缺少了基于STS的人文视角，就使得此书在整体上有点令人遗憾了。