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谷歌實現量子霸權?3分20秒解決最強超算要算1萬年的問題

美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室的Summit(“頂點”)是當前世上最強大的超級計算機。但據英國《金融時報》報導,谷歌在一篇論文中透露他們的量子處理器在3分20秒內解決了“頂點”需要跑上1萬年的計算問題。

如果情況屬實,儘管只是在一個計算問題上擊敗最強超算,但已足夠被外界視為里程碑事件。要知道,這正好符合了所謂“量子霸權”的定義:

加州理工學院教授普雷斯基爾(John Preskill)在2012年提出了“量子霸權”(Quantum Supremacy)的概念,即量子計算機能在特定問題上超越世界上性能最好的經典計算機。

只不過,普雷斯基爾預言量子霸權將由50比特的量子計算機實現,而谷歌這次使用了53個量子比特,處理器名為Sycamore。

《金融時報》在當地時間9月20日報導稱,谷歌將相關論文上傳到了美國國家航空航天局(NASA)的網站上,隨後刪除。美國《財富》雜誌援引谷歌消息人士稱,論文被撤回是因為該研究尚未經過同行評議。

“相比起所有已知的經典算法,這種巨大的加速意味著量子霸權已經在計算任務上實現,昭示著一種人類期待已久的計算範式。”研究人員在論文中寫道。

“據我們所知,這次實驗是第一個僅適用於量子處理器的計算。”

具體來說,研究人員布置給量子計算機的題目是“證明一個隨機數產生器產生的數確實隨機”。這是個單一的、高技術含量的計算問題,研究人員坦言,它幾乎沒有實際應用價值。量子計算機最早或許會在材料科學、機器學習和化學領域解決實際問題,但這還要好幾年。

不過,谷歌的科學家也樂觀地估計,實現量子霸權的里程碑後,量子計算機的力量將呈現指數級增長,比傳統的摩爾定律更強勁地推動行業的發展。

神奇而脆弱的量子比特

量子計算機依據一套完全不同於經典計算機的量子力學法則運行。經典計算機中的比特為0或1,基於此進行二進製運算。在神奇的“疊加態”加持下,量子比特卻可以同時是0和1,正如薛定諤那隻著名的又生又死的貓。在理想狀態下,50個量子比特一次可以進行2的50次方次運算,這已經是個天文數字。

微觀的量子態在器械上很難操作,谷歌采取了一大主流思路,就是利用超導態這一宏觀的量子態。不過,超導量子比特雖然具備了糾纏態、疊加態等量子計算必要的屬性,但也繼承了量子態的弱點:非常脆弱,極易被干擾。

換言之,超導量子計算系統通常需要更多的量子比特來保護用於計算的量子比特,量子比特的質量與數量同樣重要。正因如此,谷歌雖然早在2018年3月就發布過一款由72比特組成的量子處理器,但當時並未突破量子霸權。

此外,美國IBM公司和一些初創企業也在提供所謂的量子計算服務,但它們只能在特定問題上表現出相對於一般計算機的優勢,無法擊敗最強超算。

就在9月18日, IBM宣布將在下月推出53量子比特的可“商用”量子計算機,向外部用戶開放使用,這也將是該公司迄今開發出的最強大量子處理器。

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