量子計(jì)算時(shí)代開啟了嗎

美國(guó)谷歌公司研究人員近日在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）官網(wǎng)上發(fā)表論文，稱其所研究的量子計(jì)算機(jī)僅需3分20秒就可完成目前全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)（“超算”）“頂點(diǎn)”需一萬(wàn)年才能完成的計(jì)算。

谷歌稱這是量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，并以此宣稱自己已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。但這個(gè)“第一”充滿了爭(zhēng)議：NASA官網(wǎng)隨后刪除了論文，稱該研究尚未經(jīng)過(guò)同行評(píng)議，可能為誤發(fā)；對(duì)手IBM則稱該系統(tǒng)是專門為解決單個(gè)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的硬件，而非通用計(jì)算機(jī)。無(wú)論這個(gè)第一是否算數(shù)，研究人員普遍認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)距離解決任意實(shí)際問(wèn)題還需要數(shù)年時(shí)間。

證明量子 優(yōu)勢(shì)的計(jì)算機(jī)

這篇論文的題目是“使用可編程超導(dǎo)處理器的量子優(yōu)勢(shì)”，并詳細(xì)介紹了谷歌所說(shuō)的第一個(gè)只能在量子處理器上執(zhí)行的計(jì)算。英國(guó)媒體在這篇論文被刪除前保留了一份副本，“據(jù)我們所知，這個(gè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)志著第一個(gè)只能在量子處理器上進(jìn)行的計(jì)算?！边@篇論文寫道。

據(jù)英國(guó)媒體20日?qǐng)?bào)道，谷歌的量子計(jì)算機(jī)名為Sycamore，有54個(gè)超導(dǎo)量子位元，其中在測(cè)試期間工作的超導(dǎo)量子位元有53個(gè)。它的計(jì)算任務(wù)是“證明隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)字的隨機(jī)性”。

據(jù)報(bào)道，Sycamore能夠在3分20秒內(nèi)完成上述計(jì)算，而世界上最快的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)”解決同樣的問(wèn)題大約需要1萬(wàn)年。這意味著傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法就此進(jìn)行計(jì)算，并使得Sycamore成為第一個(gè)證明量子優(yōu)勢(shì)的計(jì)算機(jī)。

距離解決實(shí)際問(wèn)題 還需數(shù)年時(shí)間

論文同時(shí)指出，盡管這臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)的實(shí)驗(yàn)”，并預(yù)示著“備受期待的計(jì)算范式的出現(xiàn)”，但它只能夠執(zhí)行單一的、高度技術(shù)性的計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)距離解決實(shí)際問(wèn)題還需要數(shù)年時(shí)間。

據(jù)報(bào)道，谷歌在2017年首次組裝了一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，但這次嘗試沒有成功，因?yàn)檫@個(gè)含有72個(gè)超導(dǎo)量子位元的系統(tǒng)太難控制了。后來(lái)，谷歌與美國(guó)國(guó)家航空航天局合作，共同開發(fā)量子計(jì)算機(jī)技術(shù)。不久后，谷歌開發(fā)出54個(gè)量子位元設(shè)計(jì)的Sycamore，用于實(shí)現(xiàn)新的突破。

然而，至少有一家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)谷歌宣稱的成就提出了質(zhì)疑。在接受英國(guó)媒體采訪時(shí)，IBM研究主管吉爾表示，谷歌宣稱已取得量子霸權(quán)地位“完全是錯(cuò)誤的”。吉爾說(shuō)，谷歌的系統(tǒng)是專門為解決單個(gè)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的硬件，并不是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)。在開發(fā)量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)中，IBM是谷歌的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

量子霸權(quán)

加州理工學(xué)院教授普雷斯基爾在2012年提出了“量子霸權(quán)”的概念，即量子計(jì)算機(jī)能在特定問(wèn)題上超越世界上性能最好的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。

量子力學(xué)法則

量子計(jì)算機(jī)依據(jù)一套完全不同于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子力學(xué)法則運(yùn)行。量子位是量子計(jì)算機(jī)使用的基本信息單位。經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的比特為0或1，基于此進(jìn)行二進(jìn)制運(yùn)算。量子位利用了被稱為疊加的量子現(xiàn)象，這意味著它們本質(zhì)上同時(shí)以1和0的形式存在。

計(jì)算方法

量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)在于，它成倍地增加了可以處理的信息量——在理想狀態(tài)下，50個(gè)量子比特一次可以進(jìn)行2的50次方次運(yùn)算，這已經(jīng)是個(gè)天文數(shù)字。

“IBM Q系統(tǒng)1號(hào)”有面包車大小

在今年1月的消費(fèi)電子展上，IBM推出了第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)。這臺(tái)電腦被稱為“IBM Q系統(tǒng)1號(hào)”，大約有一輛面包車那么大，通過(guò)云計(jì)算提供計(jì)算能力。

盡管“IBM Q系統(tǒng)1號(hào)”還遠(yuǎn)不是一種實(shí)用的計(jì)算設(shè)備， 但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為它比以前的量子計(jì)算機(jī)更加可靠——量子計(jì)算芯片非常不穩(wěn)定，容易受到熱電干擾，而IBM的新設(shè)計(jì)能夠?qū)⑦@種干擾降到最低。

一些專家也表示，雖然Sycamore可能成功地完成了上述任務(wù)，但它很可能是經(jīng)過(guò)訓(xùn)練才得以處理這個(gè)任務(wù)的，這意味著它不會(huì)在其他沒有經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的任務(wù)上取得同樣的成功。

前景巨大 應(yīng)用廣泛

研究人員對(duì)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展更為樂觀。“谷歌最近宣布實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的成就是里程碑式的。”英特爾量子硬件主管克拉克說(shuō)，“我們將和業(yè)界一起努力，快速推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究，以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的真正潛力。雖然這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)還處于馬拉松比賽的前1公里，但我們堅(jiān)信它的潛力?！?/p>

南加州大學(xué)的里德爾教授也稱贊谷歌系統(tǒng)減少了“串?dāng)_”，即量子計(jì)算機(jī)的量子位相互干擾的問(wèn)題。“（谷歌）展示了一條量子計(jì)算的道路，一旦你擁有了一臺(tái)能完全糾正自己錯(cuò)誤的量子計(jì)算機(jī)，就會(huì)看到無(wú)限可能?！彼f(shuō)。

谷歌預(yù)計(jì)，量子計(jì)算機(jī)的能力將以“雙指數(shù)速度”增長(zhǎng)，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)一直遵循摩爾定律，即每隔18個(gè)月左右，計(jì)算機(jī)的能力就會(huì)增長(zhǎng)一倍。

研究人員預(yù)計(jì)，量子計(jì)算能力一旦開發(fā)出來(lái)，量子計(jì)算機(jī)有望在密碼學(xué)、化學(xué)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等不同領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。

來(lái)源：科技UP