作者：WJ Zeng

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過去幾年對於量子計算來說是令人興奮的時期。幾家公司已經構建並提供了小型量子處理器[1]，並且有開源軟件[2]可供編程。現在每個人都想知道：量子計算機何時能夠超越普通計算機？談論時間表本身就是一個引人入勝的話題，但在本文中，我將嘗試澄清我們所說的“更好”是什麼意思。

這很重要，因為“更好”對於理論計算機科學家和投資者可能有不同的含義。如果沒有對“更好”有共同的理解，那麼談論時間表只會令人困惑。

社區中已經有一些概念，如量子霸權[3]和量子優勢[4]。不幸的是，這些術語在媒體中經常被隨意使用，它們的定義可能不清楚。為了更清晰地表達，我提出以下四個量子計算機性能的里程碑：

• 量子霸權：這個里程碑包括兩個結果：（1）對於給定問題，存在一個數學證明，證明任何可能的量子算法與任何可能的經典算法之間存在超多項式分離*，（2）展示出解決這個問題的量子計算機的性能（規模、速度或效率）是任何可用的經典計算機無法實現的。 *請注意，只需相對於廣泛認可的假設（如多項式層次不崩潰）存在這樣的證明即可。
• 弱量子霸權：使用量子計算機解決任何問題比任何可用的經典解決方案更快、更便宜或更高效。
• 量子優勢：使用量子計算機解決一個有價值的問題比任何可用的經典解決方案更快、更便宜或更高效。
• 強量子優勢：量子優勢伴隨著一個證明（基於廣泛認可的假設），證明該問題在任何量子解決方案和任何經典解決方案之間存在超多項式分離。等價地，對於一個有商業價值的問題，類似於量子霸權。

這四個里程碑構成了以下分類：

量子計算性能里程碑的分類法。

希望這個分類法能夠澄清各個里程碑在何種情況下是重要的。例如，人們經常談論量子霸權。然而，量子霸權既不是一個必要條件，也不是一個充分條件，用於量子計算機的大型商業市場。例如，我們可以證明等效的“GPU霸權”是不可能的，然而這項技術卻有一個龐大的市場。也就是說，在量子優勢之後，弱量子霸權是通向具有商業相關性市場的第一個里程碑。

這並不是說量子霸權和強量子優勢不重要。它們是基礎性的，能夠深刻地說明我們宇宙的本質。個人而言，我同意Scott Aaronson的觀點[5]，他說“清晰地展示量子霸權至少和（比如說）發現希格斯玻色子一樣重要”。

關於量子計算的一個令人難以置信之處在於它既是一項科學探索，又是一項技術。在該領域發展的過程中，澄清我們所討論的里程碑類型至關重要。

在未來幾年中，能夠參與我們領域的前進將是令人興奮的！感謝Scott Aaronson、Simon Benjamin、Josh Combes、Travis Humble、Richard Stebbing和Guillaume Verdon對本文草稿的評論。

參考文獻

[1] Several players

https://quantumcomputingreport.com/scorecards/qubit-count/

[2] open source software

https://qosf.org/

[3] quantum supremacy

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_supremacy

[4] quantum advantage

https://medium.com/rigetti/the-rigetti-quantum-advantage-prize-8976492c5c64

[5] Scott Aaronson in saying

https://www.scottaaronson.com/blog/?p=2943