量子計(jì)算什么時(shí)候才可以與AI技術(shù)一樣重要

谷歌（Google） AI 量子團(tuán)隊(duì)終于正式發(fā)表論文并講述其如何實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)（Quantum Supremacy）”， 宣稱Google的成果打開了通往許多可能性的大門，這也是以前任何人都沒實(shí)現(xiàn)過的。

Nature雜志于2019年10 月23 日在官網(wǎng)發(fā)布最新報(bào)導(dǎo)，谷歌稱發(fā)布量子霸權(quán)具有里程碑意義（Hello quantum world！ Google publishes landmark quantum supremacy claim）。Google團(tuán)隊(duì)表示使用一種經(jīng)典技術(shù)可以在2.5天內(nèi)解決原本須1萬年才能解決問題。之前Google曾經(jīng)短暫刊登于NASA后又撤下，該事件可以參閱本站前期文章『Google制造出53 Qubits量子計(jì)算器達(dá)成量子霸權(quán)、卻遭 IBM 質(zhì)疑』。

一般來說，鏈接的量子位（qubits）越多，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)保持其脆弱狀態(tài)就越困難。Google的算法在由54個(gè)量子比特組成的量子芯片上運(yùn)行，每個(gè)量子比特都由超導(dǎo)環(huán)組成。但這只是通用機(jī)器可能需要的100萬個(gè)量子位的一小部分。該研究團(tuán)隊(duì)在該名為Sycamore的計(jì)算器，以描述隨機(jī)數(shù)生成器的量子版本產(chǎn)生不同結(jié)果的可能性，通過運(yùn)行一系列隨機(jī)操作傳遞53個(gè)量子比特的電路來實(shí)現(xiàn)此目的。這將生成一個(gè)由1和0組成的53位字符串，總共為2的53次方之可能性組合（僅使用了53個(gè)量子位，因?yàn)镾ycamore其中之一個(gè)被破壞了）。該過程是如此復(fù)雜，以至于無法根據(jù)第一原理來計(jì)算結(jié)果，因此實(shí)際上是隨機(jī)的。但是由于量子位之間的干擾，一些數(shù)字符串比其他數(shù)字符串更可能出現(xiàn)。這類似于滾動(dòng)加載的管晶（loaded die），即使在某些結(jié)果比其他結(jié)果更有可能，它仍會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。

Sycamore通過對(duì)電路進(jìn)行采樣（運(yùn)行100萬次并測量觀察到的輸出字符串）來計(jì)算概率分布。該方法類似于滾動(dòng)模具以顯示其差異分布。也就是說，這臺(tái)機(jī)器使用實(shí)驗(yàn)來找到無法經(jīng)典計(jì)算的量子問題的答案。所以說，Google的計(jì)算器不是單一用途的，而是可編程的，可以將量子電路應(yīng)用于任何設(shè)備下。

驗(yàn)證解決方案是另一個(gè)挑戰(zhàn)。為此，Google團(tuán)隊(duì)將結(jié)果與較小和較簡單版本的電路仿真得到的結(jié)果進(jìn)行了比較，例如：在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Summit超級(jí)計(jì)算器，Google團(tuán)隊(duì)推論估計(jì)，即使在一臺(tái)具有一百萬個(gè)處理單元的計(jì)算器（相當(dāng)于大約100，000臺(tái)臺(tái)式計(jì)算器）上，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仿真也需花費(fèi)10，000年的時(shí)間，而Sycamore只花了3分20秒。

谷歌為證明量子霸權(quán)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可能具有實(shí)際應(yīng)用：他創(chuàng)建了一個(gè)協(xié)議（protocol），使用這種計(jì)算向用戶證明量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的比特確實(shí)是隨機(jī)的。例如，應(yīng)用于加密和某些加密貨幣（其安全性取決于隨機(jī)密鑰），可能很有用。

至于未來發(fā)展，Google工程師必須對(duì)其硬件進(jìn)行大量改進(jìn)才能運(yùn)行該算法，包括構(gòu)建新的電子設(shè)備以控制量子電路，并設(shè)計(jì)一種連接量子位的新方法。

同時(shí)，谷歌CEO Sundar Pichai也接受麻省理工科技評(píng)論專訪，摘要如下：

他表示谷歌團(tuán)隊(duì)構(gòu)建量子計(jì)算器是一個(gè)極其復(fù)雜的工程，從晶圓和制造邏輯門開始，一層層堆棧制作芯片，然后用AI 技術(shù)對(duì)運(yùn)算進(jìn)行模擬，再從每次測試中不斷調(diào)整精進(jìn)，才換來了此次的研究成果。

他認(rèn)為Google仍需要10年時(shí)間來研究才能構(gòu)建出性能更優(yōu)的量子計(jì)算器。

量子計(jì)算與AI 技術(shù)一樣重要！Sundar Pichai 此次的成果能實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中操控量子位并維持迭加態(tài)，因?yàn)樽匀唤缱罡镜倪\(yùn)行法則與量子力學(xué)有關(guān)。同時(shí)，他認(rèn)為兩者間存在著很強(qiáng)的共生關(guān)系，目前該二者都還處于早期發(fā)展階段，未來他們會(huì)從更進(jìn)一步的發(fā)展中更加互相滲透，比如AI 可以被用來加速量子計(jì)算，而量子計(jì)算又能被用來加速AI 算法，他認(rèn)為只有將二者深度結(jié)合才能產(chǎn)出真正的果實(shí)，并助力解決包括氣候變化在內(nèi)的許多急需解決的棘手問題。

來源：stpi.narl