谷歌:量子霸权已实现!54量子比特200秒顶超算10000年!中国差距明显:明年可推6比特量子计算机

2019-10-24 13:05:35 来源:EETOP
上个月,谷歌关于实现 “量子霸权” 文章在 NASA 网站上发布,但不久被悄悄删除。不过还是引起了大家热烈讨论,当然大多数都在质疑。

不过在北京时间10月23日晚,《自然》(Nature)杂志在官网上放出了重磅消息:一 个月前被NASA发表又火速撤下的谷歌“量子霸权”论文重新发表,称其是量子领域中“Hello World”一样的里程碑事件。
 

谷歌首席执行官桑德尔·皮查伊(Sundar Pichai)也发表文章,宣称其量子计算器已经实现了“量子霸权”(quantum supremacy),说谷歌一共花费了13年的时间来达成这一突破。
 

与此同时,谷歌AI量子团队也发布了一条视频,讲述其如何实现了“量子霸权(Quantum Supremacy)”。
 


“量子霸权”是什么?
 

“量子霸权”这一概念是2011年,美国理论物理学家约翰·普瑞斯基尔(John Preskill)提出。这里的“霸权”并非我们平时理解的“霸权主义”,量子霸权是一个专有名词,意思是在处理同一个问题时,量子计算拥有了超越所有古典(非量子)计算机的能力,实现量子计算机特有优势。在物理实验领域,由于迄今没有任何一台量子装置在实际的测试中验证这一能力,因此,谁能证明这种能力,就代表了实现“量子霸权”。
 

“量子霸权”的实现之所以重要,是因为这就代表量子计算能力从理论变成了实际,随之而来的就是新的计算能力的飞跃。
 

一般观点认为,量子计算机至少需要49个“量子比特”才能达成“霸权”目标。量子比特(Qubit)与传统计算机的比特(bit)具有截然不同的特性,传统计算器只能在一个比特中表达“1”或者“0”,但由于量子效应,量子字节的位置、方向、动量等数值无法得到明确定义,因此能够同时表示“1”和“0”组成的叠加(superposition)状态。根据谷歌CEO皮查伊文章,所以如果你有2个量子比特,就会同时有四种可能状态,这种计算状态会呈“指数级”增长。
 

谷歌的“量子霸权”
 

在公布论文前,谷歌已经凭借着庞大的量子计算机规模在竞争中处于领先地位。2018年,谷歌展示了73量子比特计算机,该计算器明显强于位列第二的竞争对手IBM在今年9月18日公布的53量子比特研究成果。
 

谷歌在《自然》的论文中表示,这次“量子霸权”实验中,谷歌使用了规模较小的54比特Sycamore计算机。该计算机能够在200秒内完成世界上最强大的超级计算机花费10000年所需的随机数计算量,这让目前所有传统计算机相形见绌。
 

谷歌的量子芯片
 

谷歌在论文中表示,自己已经开发出了一款54量子比特数的量子芯片,名为Sycamore,由铝、铟、硅晶片和超导体(约瑟夫森结)等材料组成,每个量子比特和临近的4个量子比特耦合。
 

不过,实际上执行运算的只有53个量子比特和86个耦合器,剩下的1个量子比特无法正常工作。
 

图 | 谷歌Sycamore量子芯片(来源:谷歌)
 

通过一系列实验和计算,谷歌研究人员开发了一套高保真度的纠错流程,进而对芯片展开测试,最终得出结论,同样是对一个量子电路产生的随机数字采样100万次,Sycamore芯片支持的量子计算机只需要200秒,同时维持很低的误差率,而世界最强超算Summit需要1万年。
 

IBM强烈质疑
 

早在2019年9月20日,谷歌曾向美国航空航天总署(NASA)提交了一份报告,称其研发的量子计算机成功在200秒时间内,完成现存最先进的传统超级计算机Summit需1万年时间处理的问题,全球首次实现量子霸权。
 

不过该报告后续引发了较多争议,最终并未获学界认可。
 

而美国另一科技巨头IBM在9月谷歌声称“实现量子霸权”时就提出了质疑。IBM在论文中批评,谷歌称自己实现“量子霸权”的说法具有误导性。
 


由于谷歌的论文提前遭到泄露,IBM在21日发表博客,表示谷歌声称的“量子霸权”存在巨大缺陷。
 

“我们已有足够的证据表明’量子霸权’一词被广泛误读且造成越来越多的困惑,我们建议大家不要再使用这个词,且希望社区尽早放弃继续使用这个词。”IBM博客中写道。
 

IBM研究人员称,量子计算机并不是传统计算机的“霸权”,因为实验室所做的实验旨在实施一种非常具体的量子采样程序,而没有实际应用。
 

其博客指出,谷歌在估算经典超算需要10000年来计算的估算上出了问题,而IBM的方法可以让超算在2.5天内以更高的保真度完成相同计算任务。这还是”保守的、最坏情况的估计“,其他研究能进一步减少时间。
 

而谷歌10000年的估算,是基于一个错误的假设,即在经典计算机中运行问题的量子模拟所需要的RAM会非常高。谷歌用时间来弥补空间的不足,才估计出10000年的时间。
 

尽管IBM想要淡化谷歌的成就,不过科学研究界人士对此表示欢迎,《纽约时报》称科学家将此成果与莱特兄弟1903年的首次飞机飞行相提并论。
 

据介绍,此次“量子霸权”计算研究者随后还会参与研究成果的讨论。
 

中国量子计算现状
 

相比国外,中国量子计算机的发展还是有一定的差距,据合肥本源量子计算科技有限责任公司创始人郭国平介绍,争取在2020年底推出中国首个量子计算机,它将包含6个量子芯片,随时随地可以网络访问。

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