量子计算

谷歌既实现了也没有实现“量子霸权”

谷歌both has and hasn't ach…
谷歌声称其Sycamore量子计算机芯片已经实现了长期以来的“量子霸权”目标,但其竞争对手IBM不同意
谷歌声称其Sycamore量子计算机芯片已经实现了长期以来的“量子霸权”目标,但其竞争对手IBM不同意
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谷歌的冷冻器外壳,里面有Sycamore芯片
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谷歌的冷冻器外壳,里面有Sycamore芯片
这是低温恒温器内的梧桐芯片的艺术家效果图
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这是低温恒温器内的梧桐芯片的艺术家效果图
谷歌声称其Sycamore量子计算机芯片已经实现了长期以来的“量子霸权”目标,但其竞争对手IBM不同意
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谷歌声称其Sycamore量子计算机芯片已经实现了长期以来的“量子霸权”目标,但其竞争对手IBM不同意
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谷歌宣布,它已经实现了“量子霸权”——量子计算机成功地完成了传统计算机不可能完成的操作。这一事件长期以来一直被预言为量子计算机发展的一个重要里程碑,但其竞争对手IBM并不认为量子计算机已经取得了霸主地位。

谷歌大胆声明的核心是Sycamore,一种强大的量子计算机芯片。该公司表示,Sycamore在200秒(或3分20秒)内完成了一个特定的计算峰会的超级计算机——目前世界上最强大的——大约需要一万年才能完成。

与此同时,IBM将这一1万年的预期缩短为大约两天半。该公司并不否认Sycamore完成了令人印象深刻的操作——相反,它认为这项任务并非传统计算机无法完成,因此并不代表量子霸权。

量子和经典

在经典的计算机中——我们已经使用了大半个世纪——信息是以位的形式存储和处理的,比如0或1。与此同时,量子计算机并非如此二进制。一个量子位(或量子位)不仅可以是0或1,还可以同时是0或1。这使处理能力呈指数级提高——两个量子位元可以有四种可能的状态,而三个量子位元代表八个(23.状态,以此类推。

通过利用量子力学“令人毛骨悚然”的规则,量子计算机看起来将成为下一代计算机,解决即使是最强大的经典超级计算机也无法解决的问题。这就是谷歌现在声称已经实现的目标。

量子霸权

在过去的几年里,量子计算机被用于解决经典计算机仍然能够解决的问题,只要时间足够。在很多情况下,量子计算机可以更快地完成这些任务,但对它们能力的真正考验是,在合理的时间框架内,它们何时能够完成传统计算机无法完成的任务。这个转折点被称为“量子霸权约翰·普雷斯基尔(John Preskill)在2012年写道。

从那时起,展示量子霸权就成了量子计算机研究人员的主要目标谷歌IBM,英特尔,以及大学团队。现在,谷歌声称已经做到了。

这是低温恒温器内的梧桐芯片的艺术家效果图
这是低温恒温器内的梧桐芯片的艺术家效果图

这个实验

Sycamore芯片由54个量子位组成,在这个实验中,来自谷歌和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的科学家团队使用了其中的53个量子位,其中一个由于某种原因没有发挥作用。

这53个量子位被纠缠到一个随机的、复杂的叠加态,产生一个特定的二进制数输出,称为“位串”。量子计算机可以通过在这200秒内测量100万次量子位元,快速计算出每个位串出现的概率。

Sycamore能这么快做到这一点,是因为它的量子位允许它同时处理大量数据。另一方面,传统的计算机必须一个接一个地经历所有可能的状态——研究小组估计,在这种情况下,这个过程大约需要1万年的时间。

因为对于任何真正的经典计算机来说,这都不是一个可行的时间长度,谷歌宣布实验成功地实现了量子霸权。

持相反观点的人

但IBM表示,这些结果并不像看上去那样具有突破性。对手公司承认Sycamore系统令人印象深刻,但对传统超级计算机的能力更有信心。

IBM在一篇博客文章中写道:“我们认为,对相同任务的理想模拟可以在2.5天内在经典系统上完成,而且保真度要高得多。”虽然Sycamore的200秒仍然比Summit的60多个小时要好得多,但这个时间框架在超级计算机世界中并非闻所未闻,这意味着量子霸权的“阈值尚未达到”。

相反观点的核心是谷歌假设没有足够的RAM供传统的超级计算机一次性存储所有可能的状态。因此,这些计算机需要一个一个地检查它们——大约在12019年完成。

但是,IBM表示,这种计算忽略了传统计算机的另一个容易获得的组件——常规的旧磁盘存储。该团队表示,通过使用RAM和硬盘空间来存储和操作数据,以及一系列其他经典的性能提高技术,这项工作可以在两天半内完成。

IBM还表示,把量子霸权作为目标有点缺陷。毕竟,量子计算机仍然有自己的问题,特别是在错误和稳定性方面,而且可能永远不会完全取代经典的多样性。

谷歌的冷冻器外壳,里面有Sycamore芯片
谷歌的冷冻器外壳,里面有Sycamore芯片

“谷歌的实验是超导量子计算进展的一个极好的演示,在一个53量子位设备上显示了最先进的门保真度,但它不应该被视为量子计算机比经典计算机‘至高无上’的证据,”IBM说。

谷歌似乎并没有被IBM的打击吓倒。在记者招待会上《新科学家》,研究人员John Martinis鼓励IBM团队在Summit超级计算机上测试他们的算法,看看它是否有效。假设是一回事,但将其付诸行动则完全是另一回事。

不管谷歌是否真的代表了量子霸权,它的成就仍然是令人印象深刻的,并且很可能被认为是量子计算发展的一个重要里程碑。

谷歌的结果发表在该杂志上自然,而IBM的研究目前可在arXiv

来源:谷歌(1]、[2]、[3.],IBMUCSB

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5个评论
5个评论
Juanjo
两种观点都很好地说明了这个问题。John Martinis也有一个很好的观点。既然这样,我不得不说,答案是两种立场的纠缠。
弗农英里克尔
我喜欢这个标题,“谷歌既实现了也没有实现‘量子霸权’”,比如Schrödinger的猫死了没死。或者,也许两者同时存在。
guzmanchinky
尽管如此,这还是比标准计算机快了很多订单,在这个时代,即使是快两倍也是一个巨大的成就。
保罗Muad 'Dib
谷歌是有和没有的叠加?
Kpar
看来是时候做薛定谔CAT扫描了