一场关于“九章”的争论：量子霸权是真是假？

引言：一条微博引发的争论

2021年11月，一条微博在科技爱好者中引发了激烈讨论。微博用户“杨学志_5G创新”对当时备受瞩目的“九章”光量子计算机发表了尖锐批评：

“如何用经典计算机计算积和式超越九章……就比如说一个光子要落到十个坑里面……先构造一个随机序列……每次取两位……九章发射一个光子的结果就仿真结束了。任务完成，经典计算机完全碾压九章。”

这条微博看似简单，却触及了一个根本性问题：耗资巨大、技术复杂的“九章”量子计算机，究竟有没有实现它所宣称的“量子霸权”？

随后，杨学志又发表了更系统的长文《子虚乌有的量子霸权》，对其观点进行了详细阐述。本文试图还原这场争论的核心逻辑，并探讨其背后的深层意义。

一、争论的起点：什么是“量子霸权”？

要理解这场争论，首先需要明白“九章”是什么，以及它宣称了什么。

“九章”是中国科学技术大学潘建伟团队研发的光量子计算原型机。2020年，该团队宣称“九章”在解决“高斯玻色采样”问题时，比当时全球最快的超级计算机快100万亿倍，从而实现了“量子计算优越性”（又称“量子霸权”）。

所谓“高斯玻色采样”，简单来说就是：让多个光子通过一个复杂的光学网络，然后观察它们从哪些出口输出。由于量子干涉效应，光子输出位置的组合遵循一种特殊的概率分布——这种分布与一个叫做“积和式”的复杂数学问题相关。

“九章”的成就被《科学》《自然》等顶级期刊报道，被评为“物理学十大突破”，一时成为科技新闻的焦点。

二、质疑者的核心论点：逻辑断点在哪里？

杨学志在文章中首先指出了一个关键问题：量子计算宣传中普遍存在一个逻辑断点。

量子计算的基础概念是“量子比特”。由于量子叠加效应，一个量子比特可以同时处于0和1的状态。于是，宣传中常听到这样的说法：N个量子比特可以同时表示2N种状态，因此效率是经典计算机的2N倍。

“但是，这里有一个问题。N位的量子bit，确实可以同时表示2N种情况，但是凭什么说，效率就是经典计算的2N倍呢？我一直理解不了的就是这一点，因为这里有明显的逻辑断点。”

这个逻辑断点在于：叠加态一旦被观测，就会坍缩成一种确定状态。也就是说，无论量子比特在计算过程中同时表示了多少种状态，最终读出的结果只有一个——这和经典比特没有区别。

那么，量子计算机如何体现优势？答案是“采样”——通过大量重复实验，估计出各种结果出现的概率分布。这正是“九章”所做的工作。

三、核心论证：经典计算机如何“碾压”九章？

杨学志用一个极其简单的例子，说明了经典计算机如何轻松完成“九章”的任务：

“比如说一个光子要落到十个坑里面，落到前两个坑的概率分别是0.12和0.08。先构造一个十进制的随机数列……每次取两位，取值范围是0~99。如果在0到11，就表示落到第一个坑了。如果在12到19就在第二个坑，其他的数值是在其他的坑里面。九章发射一个光子的结果就仿真结束了。”

这个方法的逻辑是：既然“九章”输出的只是遵循某种概率分布的随机结果，那么经典计算机完全可以用随机数生成器直接产生相同分布的结果——而且更快、更精确、更灵活。

杨学志从四个维度对比了“九章”与经典模拟方法：

维度 九章 经典模拟方法
速度 需进行信号检测、模数转换，速度慢 直接生成随机数，速度快
灵活性 硬件固定，概率分布无法调节 可任意设定概率分布
精度 难以精确实现特定概率（如0.12692），存在光子丢失 精度仅受随机数生成器限制
成本 耗资巨大，系统复杂 普通电脑即可运行
结论是明确的：在任何一个方面，没有霸权，没有优势，有的只是劣势。

四、核心分歧：究竟在解决什么问题？

这场争论之所以激烈，是因为双方对“问题”的定义完全不同。

物理实验派的定义

从“九章”研究者的角度看，“问题”是：给定这个由数百个光学元件构成的复杂网络，请从它的输出中采样。 这个物理系统的输出分布恰好对应一个难算的数学结构（积和式）。在这个定义下，用经典计算机模拟该物理过程确实极难，而“九章”本身很快。这就是所谓的“量子计算优越性”。

数学计算派的定义

从质疑者的角度看，“问题”应该是：请从某个由积和式定义的已知概率分布中采样。 既然分布已经以数学形式给出，那么经典计算机直接用随机数生成器从该分布中抽样，就是最简单、最正确的解法。在这个定义下，“九章”完全多余。

问题的关键就在于：“九章”究竟是在解决一个物理问题，还是在解决一个数学问题？

如果是物理问题——模拟一个复杂光学系统的输出——那么“九章”确实比经典计算机快。但如果是数学问题——从一个已知概率分布中采样——那么经典计算机根本不需“模拟”任何物理过程，直接采样即可。

杨学志明确指出，量子计算的宣传模糊了这两者的区别：

“量子霸权是怎么一回事呢？从新闻上，BBC的纪录片，当红量子科学家的演讲，获得的信息大概是这样的……量子有奇妙的特性，它可以同时处于两种状态，这种现象叫做叠加态……基于此，就引出了量子计算。”

这种叙事让公众误以为量子计算机在数学计算上击败了经典计算机，而实际上它只是在“模拟自身物理过程”这个特定任务上比经典计算机快。

五、更深层的追问：这算“计算”吗？

如果深入追问，这场争论实际上触及了一个科学哲学层面的问题：什么才算是“计算”？

经典计算机的工作方式是：接收一个数学上明确定义的问题，通过确定的算法步骤，输出数学上精确的结果。在这个过程中，硬件只是算法的载体，理想情况下不应引入任何物理误差。

而“九章”的工作方式是：构造一个物理系统，使其天然产生的输出对应于某个数学问题的解。但这里存在几个根本性问题：

可编程性：改变“九章”的“题目”需要重新配置硬件，而不是像经典计算机那样修改软件。
精确性：光学元件存在制造误差、环境噪声、光子损耗，输出与数学标准之间存在难以消除的偏差。
可验证性：当规模大到经典计算机无法模拟时，我们如何确认“九章”的输出是正确的？只能依赖对物理装置的信任，而非数学验证。
质疑者的立场是：真正的计算，应该是以数学问题为起点，以数学精确的解为终点。任何绕道物理过程、无法精确验证、难以编程的方案，都不配称为“计算”，更谈不上“优越性”。

六、背景分析：为何这种观点不被主流接受？

如果说质疑者的逻辑如此清晰，为什么“量子霸权”仍然被《科学》《自然》等顶级期刊背书，被众多顶尖物理学家支持？

可能有以下几个原因：

1. 科学传播的偏差

量子计算是一个高度专业的领域，大多数科学记者并不具备判断其核心逻辑的能力。他们倾向于复述科学家提供的叙事，而科学家则有动机强调自己研究的突破性。这就导致了“叠加态→指数级加速”这种简化版叙事的广泛传播。

2. 学术界的路径依赖

一旦某个研究方向获得了大量经费和关注，就会形成强大的学术共同体。质疑者可能面临发表困难和学术声誉风险，导致批评声音难以在主流渠道传播。

3. “基础研究”的护身符

支持者常常辩称：即使当前没有实用价值，这也是“基础研究”，是通往未来量子计算机的必经之路。这个论点有一定道理，但它无法回答一个关键问题：如果基础逻辑存在缺陷，这条路真的走得通吗？

4. 利益驱动

量子计算领域吸引了巨额政府资金和企业投资。在这种背景下，维持“量子霸权”的叙事符合多方利益。

杨学志在文章结尾写道：

“量子霸权是由Science/Nature背书的，一大批世界最顶级的物理学家支持的名门正派，而且评了物理学十大突破什么的。这些顶级科学家难道傻吗？这就有意思了。”

他没有直接回答这个问题，但语气中显然保留着质疑。

七、结论：量子霸权，子虚乌有？

回到最初的问题：“九章”究竟有没有意义？

从物理实验的角度看，“九章”确实展示了人类对光量子系统的精密操控能力，在量子光学领域是有价值的工程成就。

但从数学计算的角度看，质疑者的逻辑是自洽且难以反驳的：如果问题是以数学形式给出的概率分布，那么经典计算机直接用随机数生成器采样，就是最简单、最快、最精确的解法。“九章”所做的，不过是用昂贵复杂的方式，做了一件普通电脑就能轻松完成的事。

杨学志的文章标题给出了他的最终判断：“子虚乌有的量子霸权”。

这场争论没有简单的对错之分，它反映了科学共同体与公众之间、基础研究与实用价值之间、物理实验与数学计算之间的认知鸿沟。但有一点是明确的：在面对“量子计算优越性”这类宏大叙事时，保持基本的逻辑清醒，追问“你究竟在算什么”，或许比盲目追捧更为重要。

本文基于杨学志的微博及文章《子虚乌有的量子霸权》整理而成，旨在呈现质疑方的逻辑脉络，供读者独立思考。