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谷歌“量子霸权”:离实际应用还很遥远

发布时间:2019-10-25

10月23日,谷歌公司的研究人员在英国《自然》(Nature)杂志上发表论文称,他们已成功演示了“量子霸权”(quantum supremacy)。所谓量子霸权,其实指的是量子计算机对经典计算机的超越,其运算能力远远超过经典计算机,可以解决经典计算机在合理时间范围内不能解决的问题。

关于量子霸权的讨论听起来似乎有点耳熟。美国国家航空航天局(NASA)对这篇论文也有所贡献。早在9月中旬,NASA就“无意”中将这项最新的量子计算研究发表在官网上,宣称“量子霸权”已经实现,然后又迅速将其撤下。虽然发表的时间并不长,但这篇论文已经引起了网络上一片震荡。这并不奇怪,因为谷歌声称,他们的量子计算机可以在200秒内完成超级计算机需要1万年才能完成的搜索请求,这样的成果实在是太令人惊奇了。

超级计算机和量子计算机的关键区别在于它们存储信息的方式。超级计算机和任何传统计算机一样,是二进制位的,处理的是1和0的问题;对于量子计算机,则涉及到量子比特的问题,可以假设0和1的任何排列。不过,这并不意味着量子比特可以像薛定谔的猫一样,同时是两个相互矛盾的东西——既是活的又是死的,或者既是0又是1。 

斯科特·阿伦森(Scott Aaronson)说,量子比特是“此和彼的复杂线性组合”,或者说,是0和1的复杂线性组合。或许最接近的类比应该是“可能是这样,也可能是那样”。阿伦森指出,简单来说,你可以把量子计算机定义为一台利用这种新型“可能性”的计算机。

谷歌的量子计算机是一个名为“Sycamore”的紫色芯片。Sycamore的原意是梧桐树,在论文中给出的芯片图片上,可以看到一边刻着“Google AI Quantum”,另一边则刻着“Sycamore”和一棵梧桐树的图案。这个量子处理器被设计成使用54个超导transmon量子比特。由于其中一个量子比特不能正常工作,因此他们在实验中使用了53个量子比特,在一个“伪随机量子电路输出的采样任务”中将其计算速度与“最先进的超级计算机”进行了比较。研究人员表示,Sycamore的计算几乎没有结构,这使它成为“基准测试的合适选择”。与之相比,传统计算机的运行速度就显得相当缓慢。他们总结说,Sycamore的成功“预示着一个备受期待的计算范式即将到来”。

对于量子霸权,目前我们还没有什么好激动的。“发明(NISQ)这个术语,实际上是想让投资者相信量子计算将在未来几十年产生实际应用,”霍森费尔德说,“NISQ的问题在于,虽然它们可能很快就能付诸实践,但没人知道如何利用它们计算出有用的结果。”也许永远不会有人知道。“我现在很担心量子计算会走上核聚变的老路,永远充满希望,但又永远不会真正实现,”霍森费尔德补充道。

可以理解的是,谷歌的研究人员及其NASA合作者对这种不确定性给出了更积极的解释。他们指出,现在的量子计算还处于“过渡”阶段,从单纯的学术研究,到成为开启新型计算能力的关键,还有很长的路要走,“我们距离有价值的短期应用只有一步之遥”。谁又能知道,这一天会什么时候到来呢?

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