当被黑洞吞噬时，物质或光会发生什么？是按照量子能量定律的规则转化为另一种形式，还是反定律地彻底消失？
John Preskill（左）、Kip Thorne（中）和霍金探讨黑洞理论（图片来源：网络）
1997年，三位杰出的物理学家为这一问题下了一个有趣的赌注。最终，以斯蒂芬·霍金“赠书服输”而结束。作为获胜者，John Preskill也在这场Thorne–Hawking–Preskill赌注中“一战成名”。
量子信息科学家、量子霸权/NISQ提出者John Preskill（图片来源：网络）
John Preskill，美国著名的理论物理学家、美国国家量子计划顾问、美国国家科学院院士、量子信息科学家。作为加州理工学院理论物理学教授、量子信息与物质研究所所长，Preskill还是“量子霸权”、“NISQ”概念的提出者，亚马逊量子计算中心亚马逊学者。
一、从黑洞学到量子计算可行性研究 Preskill出生于1953年的美国伊利诺伊州。1975年他从普林斯顿大学物理学专业毕业，进入哈佛大学进行研究生学习，师从诺贝尔物理学奖得主Steven Weinberg（斯蒂文·温伯格）。1980年在获得哈佛大学博士学位后，Preskill成为哈佛研究员协会初级研究员、哈佛大学助理教授。1982年以来，Preskill进入加州理大学开展了大量的科学研究与教学工作。
早前，追随导师温伯格教授的脚步，Preskill在粒子物理学和量子场论领域做了大量且有影响力的研究。其早期研究成果有《Cosmological production of superheavy magnetic monopoles》（超重磁单极子的宇宙学产生）、《Cosmology of the invisible axion》（看不见的轴子的宇宙学）、《Local discrete symmetry and quantum-mechanical hair》（局部离散对称性和量子力学毛发）等。
1990年代，Preskill开始对利用量子物理学解决经典计算难以解决的问题的可能性充满兴趣，并自此将量子信息科学作为主要的研究领域。
在这一量子计算起步的时期，Preskill为行业做了大量的奠基性工作。其中，1998年，Preskill通过理论验证量子计算机可行，并提出拥有大约一百万个量子比特并且门错误率低于百分之一的量子计算机将发挥出强大的价值【1】；2000年Preskill与Peter Shor一起证明了，Bennett和 Brassard在1984年提出的（BB84）量子密钥分发协议的安全性【2】。
在2001年，Preskill与Daniel Gottesman、Alexei Kitaev发展了容错量子计算理论，并证明了量子精度阈值定理，该定理确立了在噪声不太强的情况下，有噪声的量子计算机可以可靠地运行。同时，他们还创造性地提出了基于光学振荡器构建离散变量系统以及采用Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）量子比特编码，可执行容错通用量子计算【3】。
因其在宏观宇宙物理以及微观量子信息科学领域的卓越贡献，Preskill在1984年获得NSF总统青年科学家奖，1991年成为美国物理学会会员，2014年入选美国国家科学院院士，2020年成为美国国家量子计划顾问。
（图片来源：网络） 在教学领域，Preskill于柏林洪堡大学、莱顿大学、剑桥大学、多伦多大学、耶鲁大学、慕尼黑大学、华盛顿大学、肯塔基大学、康奈尔大学等多所科研院所兼任讲师，可谓桃李满天下。 二、对量子霸权与NISQ时代的反思 在量子计算领域，Preskill最为大众所津津乐道的是，他提出了量子霸权（quantum supremacy）和NISQ（嘈杂的中型量子，Noisy Intermediate-Scale Quantum）两个意义深远的概念。
而自2012年“量子霸权”概念提出以来，业界就对之争议不断。起初，Preskill认为，实现“量子霸权”的方法是在解决问题的受控量子计算机上运行算法，该算法能够以相对于经典计算机的超多项式加速来解决问题，尽管能够执行的任务可能并没有实际用途。
而随着谷歌在2019年宣称实现量子霸权，关于这一概念的反驳与质疑也纷至沓来。Preskill也开始意识到这一定义的不妥，并慎重反思量子霸权。
Preskill在《Quanta》杂志上讲道：“正如谷歌团队所承认的那样，问题在于他们的机器以惊人的速度解决的问题是经过精心挑选的，只是为了展示量子计算机的优势。但，其示范性意义仍然重大——谷歌验证了量子计算硬件性能，并由此预示NISQ时代的来临。”
（图片来源：网络） 2018年，Preskill提出，现在是科技史上的一个特殊时期，拥有50-100个量子比特的量子计算机将能够执行超过当今经典计算机能力的任务，尽管量子噪声将限制可以可靠执行量子比特的大小【4】。
Preskill认为，我们正在见证NISQ时代的开启：嘈杂的中型量子计算正在通过混合量子算法以解决经典和量子优化等问题，NISQ设备将是探索多体量子物理的有用工具，并将展现出其它有价值的应用。
“100个量子比特的量子计算机不会立即改变世界，但我们应该把他视为朝着未来更强大的量子技术迈出的重要一步。”
经过更为谨慎的描述，这一概念得到了当前业内的广泛认可。如今，量子计算正在被期待用于解决一些现实世界以及经典计算难以解决的问题，从而在社会应用中提供有用价值。这些离不开Preskill等量子理论科学家们的努力。
近年来，Preskill的观点也在不断演进和审慎：“我很担心炒作。在未来10年内量子计算机要取代经典计算机、改变一切是不现实的。我希望未来能看到性能的逐步改善，而不是突然的飞跃。未来的5到10年内，量子计算将推动科学发现以及展现出更多有用的应用。” 三、Preskill的量子计算之见近两年来，量子计算领域实现了飞速发展，自谷歌53量子比特宣称实现量子霸权后，数百上千量子比特陆续宣告出现。作为量子信息领域的科学家，Preskill在也对量子计算领域的热点问题进行了探讨与回答。
1.什么是量子纠错以及如何实现？
基本思想是利用量子纠缠的特性。量子系统与环境的互动是不能避免的，要保护量子信息免受环境干扰，就必须要通过量子纠缠以非局域的方式对信息进行编码，使其免受噪声影响。
通常，我们认为量子纠错的方式是，通过编码嘈杂的量子比特以保护存储在量子态中的信息。另一种方法是，尝试将纠错思想用在硬件本身的设计中。即利用拓扑材料实现高度纠缠，信息以非局域式的方式传播。我认为这个方法仍然很棒，或将成为改变游戏规则的想法，但目前为止，制造具有真正特性的材料太难了。
2.谁将先实现量子计算突破？
这不是我看待它的方式。我认为行业在很大程度上仍处于竞争前的时代，因此任何公司或任何实际的进步都会使人收益。当然，有很多公司确实已有收入，例如，将设备放在云端，采用订阅式收费。现在以及可能在未来一段时间内，这些平台的用户们可能并不能真正地解决其无法通过非量子方法解决的问题。但更重要的是，他们步入了一种工具化的阶段，不仅将获得使用量子设备的专业知识，并及早认识到未来量子计算机应用将如何影响他们的公司。
3.哪种量子计算机工程策略最有希望？
就近期而言，最先进的是超导电路和离子阱技术路线，我认为在接下来的5-10年里，这仍旧是一趋势。而其他技术路线例如拓扑量子计算等，它们相对不会很快发生。我更喜欢超导电路，因为它有很多事可以做，例如，设计、配置、扩展等。并且，它的优势是速度更快，如做门的时间比离子阱技术路线快。从理论家的角度来看，这种拓扑方法非常吸引人，可以想象它将在10年后起飞并成为领导者。
4.在物理学中最希望解决的问题？
我希望能够看到，通过量子模拟器和量子计算机的实验室实验，在理解量子引力方面取得重大进展。这并不是一个荒谬的提议，我们可以使用普通的量子系统来描述量子引力。我们可以以一种便捷的方法使用它来设计构建和操作完成这项任务的量子平台，来制定问题。因为你这样做的方式是创建一个由许多粒子组成的高度相关、强相互作用的系统，其中这种量子引力理论的几何学将是一种新兴属性。量子凝态物质中许多具有吸引力的事情都与有效描述的出现有关，这种有效描述与潜在的微观描述非常不同，也不那么容易预测。这将是一种很好的方式，可以把我整个职业生涯都感兴趣的东西组合在一起。
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